與傳統的單光子寬視野熒光顯微鏡相比，多光子顯微鏡（MPM）具有光學切片和深層成像等功能，這兩個優勢極大地促進了研究者們對于完整在體大腦深處神經的了解與認識。2019年，JeromeLecoq等人從大腦深處的神經元成像、大量神經元成像、高速神經元成像這三個方面論述了相關的MPM技術。想要將神經元活動與復雜行為聯系起來，通常需要對大腦皮質深層的神經元進行成像，這就要求MPM具有深層成像的能力。激發和發射光會被生物組織高度散射和吸收是限制MPM成像深度的主要因素，雖然可以通過增加激光強度來解決散射問題，但這會帶來其他問題，例如燒壞樣品、離焦和近表面熒光激發。增加MPM成像深度比較好的方法是用更長的波長作為激發光。可以對深部腦區、皮層區域等大部分腦區進行鈣成像使用鈣離子指示蛋白。江蘇熒光顯微鈣成像inscopix

包含鈣離子指示劑的細胞可以通過熒光顯微鏡(fluorescencemicroscope)觀測，然后通過CCD攝像機捕捉、記錄圖像。現在鈣成像技術主要在以下幾類神經科學研究方面有廣泛應用：1.記錄培養的神經元的活動。2.記錄腦片上神經元的活動。記錄神經元的活動。由于離體實驗本身的限制，現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據。得益于雙光子熒光顯微鏡的發展，現在在實驗動物處于huoti狀態下的鈣成像技術取得了飛速進展。4.記錄神經元樹突和樹突棘（spine）的活動。由于對于實驗精度的要求，有些科學家不僅只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huoti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GCaMP6基因編碼鈣離子指示劑的發展，現在，對樹突和樹突棘用鈣成像實驗進行記錄也成為了可能。上海特殊鈣成像供應商鈣成像技術能直接測量神經元和神經元組織中動態的鈣流動。

傳統的寬場熒光顯微鏡由于光散射的影響，只能夠對大腦淺層的神經元或在離體組織上進行成像，共聚焦顯微鏡由于光損傷較大，一般也只用于離體鈣成像。隨著熒光顯微鏡技術的迅速發展，在體鈣成像技術得到了蓬勃發展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進行在體成像的時候實現高分辨率和高信噪比。例如，用雙光子顯微鏡對海馬樹突棘的鈣離子信號進行成像，研究神經元突觸后長時程yizhi；觀察小鼠運動皮層神經元在嗅覺選擇任務中刺激相關電位等等。不過，這些實驗還是需要對動物進行麻醉和固定，而神經科學領域很多研究更希望能夠對自由活動的動物進行研究。

單光子顯微技術是較成熟的熒光顯微技術，但由于其使用的激發光波長較短，成像深度有限；能量較大,會造成對熒光物質的漂白,光毒性嚴重。激光共焦掃描顯微鏡由于共焦顯微鏡的孔徑很小,實現樣本三維成像要逐點掃描,成像速度慢,對樣本損害大,很難用于長時間活細胞成像。而寬場顯微鏡能夠很好地實現實時動態成像,光漂白小,因而較早應用于活細胞內的實時檢測，但寬場顯微鏡由于離焦信號的干擾,難以實現多維成像。雙光子熒光顯微鏡（Two-PhotonLaser-ScanningMicroscopy）。雙光子顯微成像技術是近些年發展起來的結合了共聚焦激光掃描顯微鏡和雙光子激發技術的一種新型非線性光學成像方法,采用長波激發，能對組織進行深層次成像。常用的比較好激發波長大多位于800-900nm，而水、血液和固有組織發色團對這個波段的光吸收率低，此外散射的激發光子不能激發樣品，因此背景第，光損傷小，適用于在體檢測。雙光子熒光成像技術能準確定位細胞內置入的微電極位置，從而觀察胞體、樹突甚至單個樹突棘的活性。研究者可完整的觀察神經組織的分辨熒光圖像,甚至可以分辨神經細胞單個樹突棘中的鈣分布。雙光子熒光顯微鏡能夠在進行活動動物成像的時候實現高分辨率和高信噪比。

鈣成像技術（calciumimaging）是指利用鈣離子指示劑監測組織內鈣離子濃度的方法。在神經系統研究方面，在在體（invivo）或者離體（invitro）實驗中，鈣成像技術被廣泛應用于同時監測成百上千個神經元內鈣離子的變化，從而檢測神經元的活動情況）。有了鈣成像技術，原本悄無聲息的神經活動就變成了一幅斑斕閃爍的壯觀影像，科學家終于可以親眼看著神經信號在神經網絡之中往來穿梭。因此，這種技術一出現，就受到了全世界神經科學家們的追捧，至今依然是人們觀測神經活動直接的手段。鈣信號在大腦皮層中更能反映神經元的活性,因此神經元鈣信號的檢測對研究大腦皮層功能至關重要。上海動物神經元鈣成像nVista3.0

對于鈣離子成像來說，大多數情況下速度很重要。江蘇熒光顯微鈣成像inscopix

對于雙光子（2P）鈣成像而言，離焦和近表面熒光激發是兩個大的深度限制因素，而對于三光子成像這兩個問題大大減小，但是三光子成像由于熒光團的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數量級的脈沖能量才能獲得與2P激發的相同強度的熒光信號。功能性三光子顯微鏡比結構性三光子顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時采樣神經元活動；需要更高的脈沖能量，以便在每個像素停留時間內收集足夠的信號。復雜的行為通常涉及到大型的大腦神經網絡，該網絡既具有局部的連接又具有遠程的連接。要想將神經元活動與行為聯系起來，需要同時監控非常龐大且分布guangfan的神經元的活動，大腦中的神經網絡會在幾十毫秒內處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經元動力學，就需要MPM具備對神經元進行快速成像的能力。快速MPM方法可分為單束掃描技術和多束掃描技術江蘇熒光顯微鈣成像inscopix