生物体不断面临调整其行为以在充满不确定性的世界中生存的挑战。这种能力依赖于大脑中复杂的神经回路，帮助他们找到资源，同时避免危险。科学家研究这些神经回路如何随时间变化，以更好地了解行为是如何出现的。

研究这些变化的一种有效方法是通过光学成像技术，使研究人员能够跟踪单个脑细胞的活动。传统方法依赖于直接观察细胞的活动，但当活动模式随时间变化时，这可能会很困难。为了克服这一挑战，研究人员使用荧光显微镜等技术，这种技术依赖于细胞活跃时会发光的特殊指示器。

此类研究中常用的指示器是 GCaMP，它会响应细胞中的钙流入而亮起。由于神经元放电时钙水平会上升，GCaMP 提供了一种跟踪神经活动的有用方法。通过对一段时间内的荧光进行平均，研究人员可以创建一张地图，显示大脑中活动发生的位置。

这些指示器可以使用不同类型的光来激发，多光子成像对于捕获细胞的清晰图​​像特别有用。然而，多光子成像具有局限性，例如其进入大脑的深度较浅，这限制了皮层外层的可视化。

为了克服这一限制，研究人员开发了一些技术，例如使用植入大脑的梯度折射率(GRIN)透镜来进行更深入的成像。这些镜片将光线聚焦到大脑深处，使研究人员能够追踪以前无法到达的区域的活动。然而，梯度折射率透镜也有其缺点，包括成像不均匀和细胞形态失真。

钙成像的另一种方法是使用微棱镜，它提供更均匀的成像，但需要专门的设备来可视化更深层的大脑结构。显微镜物镜的最新进展使得使用微棱镜对皮质下区域进行成像成为可能，为研究开辟了新的可能性。

据 SPIE 金牌开放获取期刊《神经光子学》报道，​​华盛顿大学的研究人员开发了一种使用微棱镜对大脑深层区域进行成像的协议，使他们能够以高分辨率和吞吐量跟踪多天的神经元活动。通讯作者 Garret D. Stuber 教授表示：“这种方法代表了我们研究神经回路如何随时间演变的能力的重大进步。”

通过使用荧光显微镜等技术和微棱镜等创新工具，科学家们对大脑如何随时间适应和变化有了新的见解。这些进展对于理解行为和认知的基本过程至关重要。