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。