神经元的活动是大脑复杂的行为表现的基础，其中钙离子作为一类重要的胞内信号分子，在神经元功能中起着重要的作用。钙离子能产生许多控制细胞功能的胞内信号，如突触囊泡中神经递质的释放等。钙成像技术能直接测量神经元和神经元组织中动态的钙流动，利用钙离子流的优势，在活神经细胞上直接可视化钙信号。

原理：钙成像技术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，通过对钙离子变化的快速成像，反映神经元的活性变化。

钙离子指示剂

对钙离子的功能研究中，钙指示剂是必不可少的工具。根据荧光光谱、钙离子亲和力及其化学特性的不同大致可分为化学指示剂和遗传编码指示剂两大类。

（1）化学指示剂是检测细胞质中钙离子浓度的传统工具，主要是一些能特异性与钙离子结合的小分子，包括Fura-2、indo-1、fluo-3、fluo-4、Calcium Green-1等，这些小分子都是被称作BAPTA的钙离子螯合剂，是乙二醇双四乙酸（EGTA）的一种同系物，对Ca2 具有较高的选择性。化学荧光指示剂通常采用电极刺穿或借助乙酰氧基甲酯和右旋葡萄糖的方式进入到目标部位。

（2）遗传编码钙离子指示剂（genetically encoded calcium indicators，GECIs），是随着基因工程技术的发展，出现的一种新型的钙离子指示剂，它可以实现在体实验中对钙离子的长时程检测和实时动态检测，并且还可以借助细胞器的特异性定位信号表征某些特定的亚细胞结构的钙离子变化情况。根据发光原理可将GECIs分为两大类，以单个荧光蛋白为基础的GECIs和由荧光共振能量转移（FRET）的荧光蛋白对构成的GECIs。前者主要包括Pericams、GCaMP和Camgaroos，后者主要包括TN-XXL、Cameleons、D3cpV等。其中GECIs类钙指示剂则主要借助于病毒感染的方式导入至目标部位。

钙成像技术也在神经科学研究中有着广泛的应用：

1. 活体记录神经元活动。由于离体实验本身的限制，现在越来越多的神经方面的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活体状态下的成像技术取得了飞速进展。

2. 活体记录神经元树突和树突棘的活动。由于对于实验精度的要求，有些科学家不仅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，在技术的发展下，现在的钙成像实验记录也成为了可能。

以上就是钙成像技术的基本原理，如今在科学研究中这项技术不断应用也越来越成熟，相信以后会运用在各种研究中。