鈣是機體的組成元素之一。鈣離子作為電流載體維持細胞內外的電化學梯度，同時在細胞的生命活動中扮演著重要角色。作為第二信使，鈣參與細胞周期、細胞代謝、細胞分化、壞死、凋亡等等許多重要的生理過程。細胞內的鈣離子水平通常很低，一般胞漿中的自由鈣約為100nM。胞內的鈣可被各種亞細胞器所貯存，據(jù)文獻報道：其中約50%位于細胞核，30%位于線粒體，14%位于內質網(wǎng)，5%位于胞膜上，1%位于胞質內，且因為鈣離子易與磷酸和碳酸復合物形成不溶物，故游離鈣只占[1]。細胞可以通過鈣內流、內鈣釋放及膜系統(tǒng)上的降鈣蛋白等一整套完整的監(jiān)控系統(tǒng)來維持細胞內鈣的內穩(wěn)狀態(tài)。例如與鈣內流相關的通道例如電壓門控性鈣離子通道VDCC、受體活躍的通道RACC；與內鈣釋放相關的受體如內質網(wǎng)上的IP3受體；以及降鈣相關的脂膜及線粒體上的主動運輸?shù)拟}泵系統(tǒng)等等[2]。近20年來鈣的熒光成像及測定技術發(fā)展迅速，出現(xiàn)了各種各樣的鈣熒光指示劑，結合不斷發(fā)展的顯微成像系統(tǒng)，我們可以對活細胞的鈣離子進行測定及成像，進一步揭示其生理機制及相關疾病的發(fā)病機制。鈣成像的熒光指示劑鈣成像的熒光探針一般均為Ca2螯合劑EGTA，APTRA，BAPTA的衍生物，它們可以結合鈣離子從而顯示一個光譜響應。專業(yè)的鈣成像顯微鏡使得鈣成像變的直接。上海專業(yè)鈣成像產(chǎn)品介紹

解決鈣離子信號和BOLD信號轉換：功能核磁共振成像主要依賴于神經(jīng)元興奮后局部耗氧與血流振幅的不一致，通過測定血氧水平依賴性（BOLD）信號間接反映神經(jīng)元活動。而鈣成像技術則是直接通過鈣離子濃度變化反映神經(jīng)元活動。將這兩種技術聯(lián)用，需要考慮BOLD信號和鈣離子濃度變化之間的轉換。研究人員通過卷積函數(shù)比較好化的將鈣離子信號轉換為BOLD信號，實現(xiàn)這兩者之間比較大的關聯(lián)。研究人員利用鈣離子指示劑工具小鼠發(fā)現(xiàn)在低頻刺激下（0.009–0.08赫茲），小鼠皮層鈣離子活動變化與BOLD信號的一致性比較好。此外，鈣離子活動變化與BOLD功能連接的關聯(lián)存在區(qū)域的依賴性：鈣離子和BOLD連接強度相關性在桶狀皮層與同側半球內的腦區(qū)呈正相關關系（同步化），但與對側半球內的腦區(qū)呈負相關。這種區(qū)域功能依賴性表明BOLD的連接來自于不同細胞群的協(xié)同神經(jīng)活動。深圳神經(jīng)細胞鈣成像口碑好鈣成像顯微鏡由軟件控制的電子對焦方式，讓成像更加穩(wěn)定清晰。

在神經(jīng)系統(tǒng)研究中，我們常使用鈣指示劑表征鈣離子濃度變化，以反映神經(jīng)元的活動。常見的鈣成像方法有雙光子熒光成像和單光子熒光成像兩種，其中后者是研究腦神經(jīng)活動的常用方法。但與雙光子成像相比，單光子成像更易受到來自神經(jīng)元的高水平串擾，導致信噪比降低。不僅如此，采集活動信號時還易被來自近距離通過的軸突和樹突的信號所污染，造成的非特異性信號，這些均嚴重影響對神經(jīng)元活動反應的精細成像。因而，在單光子熒光成像的基礎上，研究團隊在細胞核中表達遺傳編碼的鈣指示劑，從而消除神經(jīng)纖維信號。但與經(jīng)典的胞質鈣成像相比，鈣進入細胞核的要求降低了這種成像的時間精度。

紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針：Fura-2和Indo-1都是紫外光激發(fā)的雙波長Ca2+熒光指示劑，也是目前較常用的比率型鈣離子熒光探針。與其他代的熒光指示劑相比，它們的熒光信號更強，對Ca2+的選擇性也更強。比率指示劑會在與Ca2+結合后會改變吸收/發(fā)射特性。以雙波長激發(fā)指示劑Fura-2為例。如圖2所示，低Ca2+濃度下，F(xiàn)ura-2在~380nm處激發(fā)，高Ca2+濃度下，在~340nm處激發(fā)。光譜由兩個峰組成：左側較短波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而增大，右側較長波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而減小。通過340/380nm交替激發(fā)，獲取在510nm處對應的發(fā)射光熒光強度的比率，就可以對Ca2+濃度進行定量的測量。因為Fura-2結果準確，且不易被漂白，所以得到了普遍使用。近年來出現(xiàn)了通過植入性的顯微鏡或透鏡進行活動動物鈣成像的技術。

一項由葡萄牙尚帕莫未知中心，牛津大學，哥倫比亞大學，荷蘭鹿特丹伊拉斯謨大學，麻省理工學院，倫敦大學，德國MaxPlanck生物控制論研究所，德國圖歐賓根大學多方合作的研究于2020年11月4日在Neuron上發(fā)表了題為TheAnteriorCingulateCortexPredictsFutureStatestoMediateModel-BasedActionSelection的文章，作者通過一個新的兩步謎題任務了解基于模型的決策使用對行為具體后果的預測，在小鼠的一系列決策任務中使用Inscopix顯微鈣成像和光遺傳學來證明前扣帶皮層（ACC）預測了行動將導致的狀態(tài)，而不僅*是預測它們是好是壞，并判斷結果是否與這些預測相符。研究結果表明，ACC是基于模型的控制的關鍵節(jié)點，在預測所選操作的未來狀態(tài)方面發(fā)揮著特定作用。鈣成像技術能直接測量神經(jīng)元和神經(jīng)元組織中動態(tài)的鈣流動。重慶動物神經(jīng)元鈣成像nVoke2.0

清醒動物腦功能鈣成像的微型顯微鏡的研究在不斷實踐中。上海專業(yè)鈣成像產(chǎn)品介紹

隨著功能光學成像技術的發(fā)展，神經(jīng)學家們已經(jīng)可以研究腦區(qū)和神經(jīng)元內部的工作情況。功能鈣成像技術就是其中之一，它的主要原理是將外源性熒光信號和生理現(xiàn)象耦合起來——通過熒光染料信號的改變反映細胞內游離鈣離子濃度，通過這個變化來daibiao細胞的功能狀態(tài)。目前這種技術被廣泛應用于實時監(jiān)測一群相關神經(jīng)元內鈣離子的變化，從而判斷其功能活動。該技術的出現(xiàn)使得科學家可以親眼目睹神經(jīng)信號在神經(jīng)網(wǎng)絡之中時間和空間上的傳遞穿梭。上海專業(yè)鈣成像產(chǎn)品介紹