目前科學家已經開發了多種成像技術用於研究支配大腦功能的組織原則。每種技術都有自己的優勢，可以深入瞭解大腦功能的特定方面，但也存在缺點。將不同的成像技術結合，取長補短，形成功能完備的多模態成像系統。本研究提出了一種在小鼠體內同時進行Ca2+和功能性磁共振成像（fMRI）的系統。

透過基因編碼或病毒介導的Ca2+指標表達，可以使用寬視野“介觀”Ca2+成像檢查大視野（FOV）中細胞的協同活動。產生的訊號構成了細胞型別特異性的活性測量，因為Ca2+感測器可以被遺傳靶向。在細觀成像過程中，neuropil是主要的訊號源。Ca2+成像僅限於可熒光的組織，並且Ca2+的表達指標需要對神經系統進行侵入性操作，限制了其在動物模型中的應用。標記特定細胞型別的能力以及訊號的高空間和時間解析度使這種方法在研究大腦功能時可以提供資訊。

fMRI提供了一種全腦覆蓋的人類和動物活動的非侵入性測量。然而，fMRI的空間和時間解析度相對較低，並且依賴於透過血氧水平（BOLD）對比機制間接和不加區分的活動指數。BOLD訊號具有間接和非特異性性質，跨物種的神經活動和BOLD訊號的變化之間存在明顯的關係。儘管BOLD訊號很複雜，但全腦覆蓋、內在對比度以及在動物和人類中進行測量的能力使這種方法成為神經科學中的重要工具。因此，更好地瞭解BOLD訊號的細胞起源將對fMRI研究的解釋產生重大影響。

儘管Ca2+熒光成像和fMRI成像分別取得了成功，但將他們結合使用還存在很大的挑戰。本研究將這兩種成像方法融合並應用於小鼠體內實驗。實驗表明誘發反應幅度大小與模式相關，這增加了越來越多的共同潛在神經源的證據，並證明了我們方法的高靈敏度。我們測試了基於gamma變數擬合的卷積模型並表明可以從同時記錄的Ca2+預測自發BOLD活動的三分之一來自興奮性神經元的訊號。我們發現整個皮層的預測引數是一致的，並且低頻頻寬（0。009–0。08Hz）比更高的頻寬匹配得更好。

接下來，我們展示了基於自發活動衍生的連線性的皮層功能分割在各種模式中是一致的，這提供了功能連線性的進一步驗證，如用fMRI測量。最後，我們展示了源自興奮性神經元中Ca2+活動的連線強度與BOLD訊號之間的關係取決於給定大腦區域的功能。我們斷言，這種區域功能依賴性提供了證據，表明BOLD連線是由不同細胞群的協同神經活動引起的。總之，這些結果支援我們的方法將細胞特異性活動與透過BOLD活動測量的訊號相關聯的觀點。

掃描器成像元件的構造

元件由玻璃或塑膠組成。在實驗鼠正上方，稜鏡將激發光和發射光重定向90°，以便它們透過遠心鏡頭。為了與MRI相容，我們用塑膠替換了備用鏡片的金屬外殼，用二向色濾波器取代分束器。一個定製埠和激發光重定向90°到鏡頭中。激發光透過5mmx5m的液體光導（10–10645，虹科Lumencor）從安裝LED光源（虹科Lumencor SPECTRAX， Lumencor）的磁鐵附近的房間發出。同樣，定製的4。6m長14。5×14。5mm2橫截面相干光纖束將發射光傳輸到同一個相鄰房間其中Ca2+成像資料使用sCMOS相機記錄。附加的GFP發射濾波器放置在光纖束和由兩個光學擴充套件器連線的相機之間。

SPECTRAX是虹科LUMENCOR固態光源中最強大和最全面的設計。終端使用者能夠在這款固態光源中更換單個帶通濾光片。Lumencor保留了冷卻、穩定、堅固、光譜純正、功能強大的輸出效能；由於濾光片可直接更換，這為個人使用者、核心設施和原始裝置製造商提供了一個可適應的固態激勵光源系統，與濾光轉輪的靈活性相當，但沒有額外的移動部件。SPECTRAX固態光源提供六個固態光源，在整個可見光譜中產生七個色帶（紫、藍、青、茶色、綠、黃、紅）的輸出。購買時還包括一套七個濾光片，每個色帶一個。