钙离子成像技术(Calciumimaging)是指利用钙离子指示剂监测组织内钙离子浓度的方法,常用于神经系统的研究,指示神经元内钙离子的变化,提示神经元活动。其原理在于借助钙离子浓度与神经元活动之间的严格对应关系,利用特殊的荧光染料或者蛋白质荧光探针(钙离子指示剂,
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di1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,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。哈尔滨光遗传钙成像采购信息专业的钙成像显微镜使得钙成像变的直接。
解决钙离子信号和BOLD信号转换:功能核磁共振成像主要依赖于神经元兴奋后局部耗氧与血流振幅的不一致,通过测定血氧水平依赖性(BOLD)信号间接反映神经元活动。而钙成像技术则是直接通过钙离子浓度变化反映神经元活动。将这两种技术联用,需要考虑BOLD信号和钙离子浓度变化之间的转换。研究人员通过卷积函数比较好化的将钙离子信号转换为BOLD信号,实现这两者之间比较大的关联。研究人员利用钙离子指示剂工具小鼠发现在低频刺激下(0.009–0.08赫兹),小鼠皮层钙离子活动变化与BOLD信号的一致性比较好。此外,钙离子活动变化与BOLD功能连接的关联存在区域的依赖性:钙离子和BOLD连接强度相关性在桶状皮层与同侧半球内的脑区呈正相关关系(同步化),但与对侧半球内的脑区呈负相关。这种区域功能依赖性表明BOLD的连接来自于不同细胞群的协同神经活动。
钙成像技术是一种监测组织内钙离子浓度的方法,通过使用钙离子指示剂,科学家可以观察神经信号在神经网络中的传递过程,并了解神经元活动与内部钙离子浓度的关系。在静息状态下,大部分神经元的胞内钙离子浓度为50-100nM,而当神经元活动的时候,胞内钙离子浓度能上升10-100倍,增加的钙离子对于含有神经递质的突触囊泡的胞吐释放过程必不可少。钙成像是一种生物医学技术,主要用于观察和记录细胞内钙离子浓度的变化。钙离子是细胞内重要的信号分子,其浓度的改变可以影响细胞的生理功能和病理状态。因此,钙成像技术对于研究细胞生物学、神经科学、心血管医学等领域具有重要意义。对于钙离子成像来说,大多数情况下速度很重要。
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guangfan的使用。通过钙成像技术检测活动动物记录神经元的活动。浙江细胞钙离子钙成像nVoke2.0
钙离子也是神经元活动的重要“风向标”之一。北京光遗传钙成像动物行为学
通过筛选天然与人工合成的融合体,在小鼠与斑马鱼幼虫身上成功得到以为靶点的致密神经回路报告,报告显示来自神经纤维的伪信号明显减少,信噪比增加,神经元之间的伪影相关性降低。这些结果均说明GCaMP6f和GCaMP7f的细胞体靶向变体(Soma-GCaMP6f,Soma-GCaMP7f)对提高单光子荧光成像技术的精细性起到着重要作用。这种胞体靶向突变体对提高神经信号标记的精细性是否具有组织特异性或物种特异性呢?研究团队针对这一问题,分别在小鼠不同脑区以及斑马鱼幼鱼的整胚转染和斑马鱼不同发育时期的信号采集等方面进行研究。北京光遗传钙成像动物行为学