活体光学动物脑成像是指动物在活体状态下，通过人工或者化学标记荧光定位的手段对脑内某种特定结构或功能进行成像并对图像进行收集和分析的过程。图像接受荧光标记会产生荧光信号，通过对荧光信号的收集与分析，能够对需要研究的特定的细胞结构或功能进行成像研究。

活体光学脑成像在细胞或亚细胞水平成像和广域成像的基础上大概分为神经元钙成像、树突和树突棘成像、血管和血管神经单位成像、神经发生成像、电压敏感性染料活体成像、慢性广域成像等。

神经元钙成像，使用荧光标记可以显示细胞内钙离子浓度的变化，神经元内钙离子浓度的骤然增加导致动作电位发生变化，产生电流，通过荧光标记可以了解个体神经元的放电过程，从而达到神经元钙成像的目的。

树突和树突棘成像，使用绿色或黄色荧光蛋白标记神经元，利用高分辨率的双光子显微镜就可以在神经元中清晰地显示树突和树突棘等结构。

血管和血管神经单位成像，将光染料标记的葡聚糖注射进动物静脉内，就可以在动物活体状态下清晰地显露动物脑血管的结构；如果想显示微血管和星型胶质细胞足突形成的血管神经单位，可以用有机染料标记星型胶质细胞内的钙离子，也可以用转基因技术特异性标记来标记。

电压敏感性染料活体成像，这是一种广域成像技术。电压敏感性染料能嵌入到细胞膜的磷脂双分子层中，跟细胞膜特异性结合，可以感受膜电位变化，并依据膜电位释放出相应的荧光信号。通过快速照相机记录可以获得膜电位变化的动态图像。

活体光学动物脑成像在不危害动物个体的情况下，利用荧光标记生物体各部分从而获得其相关研究所需要的信息，进而进行目标个体的研究，达到了研究生物个体特定结构与功能的目的，为人类的生物学研究做出了巨大的贡献。