一、鈣成像技術的基本原理：

　　在生物有機體，鈣離子產生各種各樣的胞內信號，這些胞內信號幾乎在每種類型的細胞中都存在，且在很多功能方面有重要作用，例如對心肌細胞收縮的控制和從細胞增殖到細胞死亡整個細胞周期的調節(jié)等。在哺乳動物的神經系統(tǒng)中，鈣離子是一類重要的神經元胞內信號分子。在靜息狀態(tài)下，大部分神經元的胞內鈣離子濃度為 50-100nM，而當神經元活動的時候，胞內鈣離子濃度能上升 10 - 100 倍，增加的鈣離子對于包含有神經遞質的突觸囊泡的胞吐釋放過程*。也就是說神經元的活動與其內部的鈣離子濃度密切相關，神經元在放電的時候會爆發(fā)出一個短暫的鈣離子濃度高峰。神經元鈣成像技術的原理就是借助鈣離子濃度與神經元活動之間的嚴格對應關系，利用特殊的熒光染料或者蛋白質熒光探針，將神經元當中的鈣離子濃度通過熒光強度表現(xiàn)出來，從而達到檢測神經元活動的目的。

　　二、鈣成像技術在神經科學研究中的應用舉例：

　　不論采用哪一類鈣離子指示劑，總體上成像記錄過程是非常類似的。包含鈣離子指示劑的細胞可以通過熒光顯微鏡觀測，然后通過CCD攝像機捕捉、記錄圖像。

　　1. 活體記錄神經元的活動。由于離體實驗本身的限制，現(xiàn)在越來越多的神經方面科學家傾向于做在體鈣成像實驗，希望能得到更準確且更能反應生理狀況的數(shù)據。得益于雙光子熒光顯微鏡的發(fā)展，現(xiàn)在在實驗動物處于活體狀態(tài)下的鈣成像技術取得了飛速進展。

　　2. 活體記錄神經元樹突和樹突棘的活動。由于對于實驗精度的要求，有些科學家不僅僅想記錄單個神經元的反應，他們還想更確切地知道神經元上哪些樹突和樹突棘參與了某個行為，也就是說他們需要在活體條件下，對單根樹突以及某些spine進行鈣成像記錄實驗。由于雙光子熒光顯微鏡和 GCaMP 6 基因編碼鈣離子指示劑的發(fā)展，現(xiàn)在，對樹突和樹突棘用鈣成像實驗進行記錄也成為了可能。