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活动动物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yizhi (Wang et al., 2000)；观察活动小鼠运动皮层神经元在嗅觉选择任务中刺激相关电位 (Komiyama et al., 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。
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。南京光遗传钙成像nVoke2.0
使用MPM对神经元进行钙成像时，通过随机访问扫描—即激光束在整个视场上的任意选定点上进行快速扫描—可以只扫描感兴趣的神经元，这样不仅避免扫描到任何未标记的神经纤维，还可以优化激光束的扫描时间。随机访问扫描可以通过声光偏转器（AOD）来实现，其原理是将具有一个射频信号的压电传感器粘在合适的晶体上，所产生的声波引起周期性的折射率光栅，激光束通过光栅时发生衍射。通过射频电信号调控声波的强度和频率从而可以改变衍射光的强度和方向，这样使用1个AOD就可以实现一维横向的任意点扫描，利用1对AOD，结合其他轴向扫描技术可实现3D的随机访问扫描。但是该技术对样本的运动很敏感，易出现运动伪影。目前，快速光栅扫描即在FOV中进行逐行扫描，由于利用算法可以轻松解决运动伪影而被guang fan的使用。上海光遗传钙成像钙成像系统具有单细胞分辨率的大视野的特征。
近年来出现了通过植入性的 microscope 或 microlens 进行freely moving 动物钙成像的技术。如光纤成像法：使用一端带有 GRIN lens 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，然后通过相机成像。动物头部只需植入 GRIN lens，方便活动，而且可以同时植入多个 lens 来观察不同的脑区之间的联系和相互作用。还有直接植入动物大脑的微型荧光显微镜，将 GRIN lens 直接植入皮层下的海马，下丘脑，丘脑等区域，可以监测深部脑区的神经元活动。这种微型显微镜的重量只有几克，不会影响动物自由活动，可以提供 800μm × 600μm 视野和 1.50μm 横向分辨率。
想要对钙离子的动态变化进行有效的检测，钙离子指示剂的选择显得尤为重要。钙离子荧光指示剂在未结合钙离子前几乎无荧光，与钙离子结合后，荧光强度明显增强。利用这一原理，可以通过指示剂的信号强弱来观察细胞内钙离子浓度水平的变化。根据激发光波长范围，钙离子指示剂可以分为可见光激发和紫外光激发，而根据其工作原理又可以分为比率和非比率型。常见的钙离子指示剂有，紫外光激发Ca2+荧光探针、可见光激发Ca2+荧光探针、转基因Ca2+指示剂。 钙离子也是神经元活动的重要“风向标”之一。
多种钙离子指示剂和钙成像手段的存在使研究人员能够根据具体的实验需要进行选择。同样，选择合适的检测设备也是至关重要的。对于使用 CCD/sCMOS 相机的成像系统来说，有两个要求是很基本的：采集速度：根据不同的应用所需的相机帧速也不同，对于神经细胞来说，一般要求相机速度至少在 10fps 以上，有些高速应用场景可能需要几百甚至上千 Hz 的帧速。灵敏度：为了尽可能降低光漂白和其他副作用（特别是蓝光激发时），需要降低激发光强度。因此相机要在较宽的发射光波长范围上具有高灵敏度，才能检测到弱光条件下的信号，并适应不同的染料的光谱发射特性。我们的钙成像系统集成自动控制和精确计时的多模式输入端口。浙江光遗传钙成像采购信息
利用钙离子指示剂检测组织或细胞内钙离子浓度，进而反应组织或细胞内某些活动或反应。南京光遗传钙成像nVoke2.0
不论采用哪一类钙离子指示剂，总体上成像记录过程是非常类似的。包含钙离子指示剂的细胞可以通过荧光显微镜(fluorescence microscope)观测，然后通过CCD摄像机捕捉、记录图像。现在钙成像技术主要在以下几类神经科学研究方面有广泛应用：1.记录培养的神经元的活动。2.记录脑片上神经元的活动。记录神经元的活动。由于离体实验本身的限制，现在越来越多的神经方面科学家倾向于做在体钙成像实验，希望能得到更准确且更能反应生理状况的数据。得益于双光子荧光显微镜的发展，现在在实验动物处于huoti状态下的钙成像技术取得了飞速进展。4.记录神经元树突和树突棘（spine）的活动。由于对于实验精度的要求，有些科学家不仅只想记录单个神经元的反应，他们还想更确切地知道神经元上哪些树突和树突棘参与了某个行为，也就是说他们需要在huoti条件下，对单根树突以及某些spine进行钙成像记录实验。由于双光子荧光显微镜和GCaMP6基因编码钙离子指示剂的发展，现在，对树突和树突棘用钙成像实验进行记录也成为了可能。
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