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。当神经细胞兴奋时，会产生一个电冲动，在此时，细胞外的钙离子回流入该细胞内，促使这个细胞分泌神经递质，神经递质与相邻的下一级神经细胞膜上的蛋白分子相结合，促使这个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，形成了学习、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。近年来出现了通过植入性的显微镜或透镜进行活动动物钙成像的技术。江苏神经元钙成像inscopix
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。北京荧光钙成像动物行为学钙成像技术一出现，就受到了全世界神经科学家们的追捧。
目前可用的指示剂较多，根据荧光光谱、与钙离子亲和力及其化学特性的不同大致分为化学性钙离子指示剂和基因编码钙离子指示剂。前者指可特异性与钙离子结合的小分子，常用的有fura-2、indo-1等；而后者主要指来源于绿色荧光蛋白GFP及其变异体的蛋白质，可与钙调蛋白和肌球蛋白轻链激酶M13域结合，常用的有GCaMP、TN-XXL等，其中GCaMP5G和GCaMP6被广泛应用于在体钙成像研究中。生物荧光蛋白：Aequorin是水母荧光素（coelenterazine）通过硫酸酯键或过氧化键紧紧连到脱辅水母发光蛋白上形成的，遇到钙离子就发出470nm蓝光，可以作为钙离子的检测试剂；化学钙离子指示剂：Fura-2可在紫外光下被jihuo且发射出505-520nm光；基于FRET的基因编码的钙指示剂；单个荧光基因编码的钙指示剂。
钙离子成像系统：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控制(Wangetal.,2000)；观察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freelymoving动物钙成像的技术。如图6中所示的光纤成像法：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，然后通过相机成像。动物头部只需植入GRINlens，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。不过这种成像方法的视野较小，分辨率也比较差。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。
钙成像具有以下几个优势：1.非侵入性：钙成像技术可以在活物细胞或组织中进行观察，无需破坏细胞或组织的完整性，因此是一种非侵入性的技术。2.高时空分辨率：钙成像技术可以实时观察细胞内钙离子的动态变化，具有较高的时空分辨率。可以捕捉到钙离子浓度的瞬时变化，揭示细胞内信号传导的快速过程。3.多样性：钙成像技术可以使用不同的荧光探针或基因工程技术，实现对不同类型的细胞或组织进行钙成像。可以根据需要选择适合的探针或方法，扩展应用范围。4.可定量分析：通过钙成像技术可以获得荧光信号的强度，可以进行定量分析，了解钙离子浓度的变化程度。可以通过比较不同条件下的钙成像结果，研究因素对钙离子信号的调控作用。5.可应用于多个领域：钙成像技术广泛应用于神经科学、细胞生物学、药理学等领域。可以研究神经元活动、细胞信号传导、细胞凋亡等生物过程，有助于揭示生物学机制和疾病发生及发展的过程。综上所述，钙成像技术具有非侵入性、高时空分辨率、多样性、可定量分析和广泛应用于多个领域等优势，成为研究细胞内钙离子动态变化的重要工具。钙成像技术利用钙离子流的优势在活神经细胞上直接可视化钙信号。北京钙成像动物行为学
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。江苏神经元钙成像inscopix
对于双光子（2P）钙成像而言，离焦和近表面荧光激发是两个大的深度限制因素，而对于三光子成像这两个问题大大减小，但是三光子成像由于荧光团的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高数量级的脉冲能量才能获得与2P激发的相同强度的荧光信号。功能性三光子显微镜比结构性三光子显微镜的要求更高，它需要更快速的扫描，以便及时采样神经元活动；需要更高的脉冲能量，以便在每个像素停留时间内收集足够的信号。复杂的行为通常涉及到大型的大脑神经网络，该网络既具有局部的连接又具有远程的连接。要想将神经元活动与行为联系起来，需要同时监控非常庞大且分布guangfan的神经元的活动，大脑中的神经网络会在几十毫秒内处理传入的刺激，要想了解这种快速的神经元动力学，就需要MPM具备对神经元进行快速成像的能力。快速MPM方法可分为单束扫描技术和多束扫描技术江苏神经元钙成像inscopix
