细胞内钙离子作为重要的信号分子其作用具有时间性和空间性。当个细胞兴奋时，产生了一个电冲动，此时，细胞外的钙离子流入该细胞内，促使该细胞分泌神经递质，神经递质与相邻的下一级神经细胞膜上的蛋白分子结合，促使这一级神经细胞产生新的电冲动。以此类推，神经信号便一级一级地传递下去，从而构成复杂的信号体系，较终形成学习、记忆等大脑的高级功能。在哺乳动物神经系统中，钙离子同样扮演着重要的信号分子的角色。静息状态下大部分神经元细胞内钙离子浓度约为50-100nM，而细胞兴奋时钙离子浓度能瞬间上升10-100倍，增加的钙离子对于突触囊泡胞吐释放神经递质的过程必不可少。众所周知，只有游离钙才具有生物学活性，而细胞质内钙离子浓度由钙离子的内外流平衡所决定，同时也受钙结合蛋白的影响。细胞外钙离子内流的方式有很多种，其中包括电压门控钙离子通道、离子型谷氨酰胺受体、烟碱型胆碱能受体（nAChR）和瞬时受体电位C型通道（TRPC）等。神经元钙成像的原理就是利用特殊的荧光染料或钙离子指示剂将神经元中钙离子浓度的变化通过荧光强度表现出来，以反映神经元活性。该方法可以同时观察多个功能或位置相关的脑细胞。钙成像技术的不断进步，使得人们对神经科学领域有了进一步的拓展。北京荧光钙成像grain lens
科学家利用钙成像技术记录大脑活动。随着功能光学成像技术的发展，神经学家们已经可以研究脑区和神经元内部的工作情况。功能钙成像技术就是其中之一，其主要原理是将外源性荧光信号和生理现象耦合起来——通过荧光染料信号的改变反映细胞内游离钙离子浓度，以此daibiao细胞的功能状态。目前它被广泛应用于实时监测一群相关神经元内钙离子的变化，从而判断其功能活动。该技术的出现使得科学家可以亲眼目睹神经信号在神经网络之中时间和空间上的传递穿梭。西安钙成像nVoke功能性多神经元钙成像是一种通过记录神经元内Ca2+信号变化,监测大量神经元动作电位的光学记录技术。
解决钙成像装置对核磁成像的干扰：考虑到金属对核磁成像的影响，研究人员在核磁共振成像的模块上装上了钙成像模块，该成像模块所有的金属元件全部被更换为非导电塑料。考虑到磁场对光纤记录系统的干扰，减少钙信号的噪音，将相干光纤激光器与核磁共振放置相邻不同的房间。解决钙成像和核磁成像区域的一致性：在成像过程中，以皮层区域的血管分布为参照物，以保证钙成像和核磁成像的区域基本保持一致。但在实际成像中，钙离子变化和血氧水平依赖性信号所响应的区域并不是完全重合。因此研究人员将响应区域内的信号变化幅度进行均一化，尽量避免因统计阈值引起差异。
传统的宽场荧光显微镜由于光散射的影响，只能够对大脑浅层的神经元或在离体组织上进行成像，共聚焦显微镜由于光损伤较大，一般也只用于离体钙成像。随着荧光显微镜技术的迅速发展，在体钙成像技术得到了蓬勃发展。双光子荧光显微镜能够在进行在体成像的时候实现高分辨率和高信噪比。例如，用双光子显微镜对海马树突棘的钙离子信号进行成像，研究神经元突触后长时程降低(Wangetal.,2000)；观察在体小鼠运动皮层神经元在嗅觉选择任务中刺激相关电位(Komiyamaetal.,2010)等等。不过，这些实验还是需要对动物进行麻醉和固定，而神经科学领域很多研究更希望能够对自由活动的动物进行研究。近年来出现了通过植入性的microscope或microlens进行在体freelymoving动物钙成像的技术。使用一端带有GRINlens的光纤连接显微镜和动物大脑，从特定脑区发出的荧光信号被光纤收集，然后通过Inscopix显微镜成像。动物头部只需植入GRINlens，方便活动。传统钙成像实验要求成像的光路极为稳定。
钙离子在很多生理活动中都发挥着重要作用，除了在肌肉细胞收缩中扮演着重要的角色，钙离子也是神经元活动的重要“风向标”之一：当神经元膜电位发生去极化，产生的动作电位传导到神经元轴突末梢时，细胞膜上的电压门控钙离子通道打开，大量钙离子内流，包含神经递质的囊泡由突触前膜释放至后膜，下游神经元就得以接受到上游的信号。因此，钙离子成像可以追踪神经元动作电位，从而帮助我们了解神经元集群的活动，可以用于感知觉，学习记忆，社会性行为等各种各样的研究中。钙成像技术（calcium imaging）是指利用钙离子指示剂监测组织内钙离子浓度的方法。南京荧光显微钙成像nVoke2.0
通过钙成像技术发现当神经元活动的时候，胞内钙离子浓度能上升 10 - 100 倍。北京荧光钙成像grain lens
CaMPARI，一种能够兼顾全局和微观的新型钙成像技术，包含CaMPARI以及CaMPARI2（第二代）。其原理在于，CaMPARI蛋白在正常状态下会发出绿色荧光，而如果对这种蛋白同时使用高浓度钙离子与紫外光处理，它就会不可逆、长久地转变成另一种能发出红色荧光的构象，即实现将瞬间的神经元活动变成长久的红色荧光蛋白表达。研究人员通过转基因技术将这种新型蛋白导入到实验动物的神经系统中，然后用度的紫外光照射动物的大脑，通过检查荧光，找到发红色荧光的神经元，这些神经元即是在紫外光照射期间活跃的神经元。由于紫外光可以对着整个大脑进行照射，所以理论上，人们可以对全脑进行检查。北京荧光钙成像grain lens
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