與傳統(tǒng)的單光子寬視野熒光顯微鏡相比，多光子顯微鏡（MPM）具有光學(xué)切片和深層成像等功能，這兩個(gè)優(yōu)勢極大地促進(jìn)了研究者們對于完整在體大腦深處神經(jīng)的了解與認(rèn)識。2019年，JeromeLecoq等人從大腦深處的神經(jīng)元成像、大量神經(jīng)元成像、高速神經(jīng)元成像這三個(gè)方面論述了相關(guān)的MPM技術(shù)。想要將神經(jīng)元活動與復(fù)雜行為聯(lián)系起來，通常需要對大腦皮質(zhì)深層的神經(jīng)元進(jìn)行成像，這就要求MPM具有深層成像的能力。激發(fā)和發(fā)射光會被生物組織高度散射和吸收是限制MPM成像深度的主要因素，雖然可以通過增加激光強(qiáng)度來解決散射問題，但這會帶來其他問題，例如燒壞樣品、離焦和近表面熒光激發(fā)。增加MPM成像深度比較好的方法是用更長的波長作為激發(fā)光。鈣離子成像可以追蹤神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢弧Ｕ憬?xì)胞鈣離子鈣成像nVista3.0

鈣離子成像系統(tǒng)：傳統(tǒng)的寬場熒光顯微鏡由于光散射的影響，只能夠?qū)Υ竽X淺層的神經(jīng)元或在離體組織上進(jìn)行成像，共聚焦顯微鏡由于光損傷較大，一般也只用于離體鈣成像。隨著熒光顯微鏡技術(shù)的迅速發(fā)展，在體鈣成像技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進(jìn)行成像的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)高分辨率和高信噪比。例如，用雙光子顯微鏡對海馬樹突棘的鈣離子信號進(jìn)行成像，研究神經(jīng)元突觸后長時(shí)程控制(Wangetal.,2000)；觀察小鼠運(yùn)動皮層神經(jīng)元在嗅覺選擇任務(wù)中刺激相關(guān)電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過，這些實(shí)驗(yàn)還是需要對動物進(jìn)行麻醉和固定，而神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域很多研究更希望能夠?qū)ψ杂苫顒拥膭游镞M(jìn)行研究。近年來出現(xiàn)了通過植入性的microscope或microlens進(jìn)行freelymoving動物鈣成像的技術(shù)。如圖6中所示的光纖成像法：使用一端帶有GRINlens的光纖連接顯微鏡和動物大腦，從特定腦區(qū)發(fā)出的熒光信號被光纖收集，然后通過相機(jī)成像。動物頭部只需植入GRINlens，方便活動，而且可以同時(shí)植入多個(gè)lens來觀察不同的腦區(qū)之間的聯(lián)系和相互作用。不過這種成像方法的視野較小，分辨率也比較差。浙江細(xì)胞鈣離子鈣成像nVista3.0我們的鈣成像系統(tǒng)集成自動控制和精確計(jì)時(shí)的多模式輸入端口。

單光子顯微技術(shù)是相對成熟的熒光顯微技術(shù)，但由于單光子顯微技術(shù)使用的激發(fā)光波長較短，成像深度比較有限；能量比較大,會造成對熒光物質(zhì)的漂白,光毒性嚴(yán)重。激光共焦掃描顯微鏡由于共焦顯微鏡的孔徑很小,實(shí)現(xiàn)樣本三維成像要逐點(diǎn)掃描,成像速度慢,對樣本損害大,很難用于長時(shí)間活細(xì)胞成像實(shí)驗(yàn)。而寬場顯微鏡能夠很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動態(tài)成像,光漂白小,因而較早應(yīng)用于活細(xì)胞內(nèi)的實(shí)時(shí)檢測，但寬場顯微鏡由于離焦信號的干擾,難以實(shí)現(xiàn)多維成像。

轉(zhuǎn)基因Ca2+指示劑：轉(zhuǎn)基因技術(shù)和光遺傳技術(shù)的飛速發(fā)展，催生了基因編碼的Ca2+指示劑（GECIs）。它們不依賴于熒光染料，可以靶向特定的組織，如神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞、T細(xì)胞等，并且可以避免熒光指示劑帶來的的許多問題，是監(jiān)測轉(zhuǎn)基因動物體內(nèi)鈣離子的一個(gè)極好的工具。個(gè)基因編碼的鈣離子指示劑Cameleon早在1997年就發(fā)表了。它是利用與鈣離子結(jié)合后發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，作為供體的CFP和作為受體的YFP之間產(chǎn)生FRET的原理。2000年，GCaMP誕生了。它是增強(qiáng)型綠色熒光蛋白（EGFP）和鈣調(diào)蛋白（結(jié)合鈣離子）、鈣調(diào)蛋白結(jié)合肽M13組成的，結(jié)合鈣離子后，鈣調(diào)素-M13相互作用引起GFP空間結(jié)構(gòu)變化，發(fā)出綠色熒光（圖5）。GCaMP的問世有著**性的意義，它改變了我們觀察神經(jīng)元群體活動的方式，讓科學(xué)家們可以在成千上萬的細(xì)胞中，看到哪些神經(jīng)元在放電，它們放電的模式和規(guī)律是怎樣的，從而進(jìn)一步探索各種內(nèi)在的神經(jīng)機(jī)制。鈣離子是哺乳動物神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的重要信使。

研究顯示NL189BLA神經(jīng)元通過投射到CEA來控制探索行為中動物的運(yùn)動速度和瞬時(shí)停滯。隨著進(jìn)一步的探索，該神經(jīng)元群體的活性以經(jīng)驗(yàn)依賴性的方式增加，而NL189BLA神經(jīng)元的暫時(shí)性功能喪失會導(dǎo)致瞬間停滯的yi zhi，而且這些行為停滯與焦慮和恐懼無關(guān)。動物在這些停滯點(diǎn)開始和終止探索性旅程并在停滯后會改變頭部朝向和運(yùn)動軌跡方向，因此在熟悉的位置進(jìn)行短暫停滯可能是替代性嘗試錯(cuò)誤行為的決策。這些結(jié)果揭示杏仁核作為新穎性/熟悉性檢測器以及行為效應(yīng)器環(huán)路的共同作用，其具有基于探索行為期間的空間經(jīng)驗(yàn)來驅(qū)動或yi zhi自發(fā)運(yùn)動的能力，這對于動物在自然界中安全有效的探索未知環(huán)境是十分必要的。鈣成像數(shù)據(jù)采集盒擁有 2TB 存儲空間，可選擇以太網(wǎng)或 Wi? 方式連接電腦。重慶熒光顯微鈣成像代理

通過鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)當(dāng)神經(jīng)元活動的時(shí)候，胞內(nèi)鈣離子濃度能上升 10 - 100 倍。浙江細(xì)胞鈣離子鈣成像nVista3.0

隨著功能光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展，神經(jīng)學(xué)家們已經(jīng)可以研究腦區(qū)和神經(jīng)元內(nèi)部的工作情況。功能鈣成像技術(shù)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(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度，通過這個(gè)變化來daibiao細(xì)胞的功能狀態(tài)。目前這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測一群相關(guān)神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化，從而判斷其功能活動。該技術(shù)的出現(xiàn)使得科學(xué)家可以親眼目睹神經(jīng)信號在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中時(shí)間和空間上的傳遞穿梭。浙江細(xì)胞鈣離子鈣成像nVista3.0