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社會競爭在決定個人的社會地位方面起著關鍵作用。動物行為學實驗發現獲勝行為與血管活性腸多肽（VIP）順序啟動的錐體（PYR）神經元和細小白蛋白（PV）中間神經元的鈣活動相關。在清醒小鼠中使用微型雙光子顯微鏡和光學記錄，發現 VIP 刺激直接導致 PYR 和 PV 神經元快速抑制后激活的兩階段活動模式，這種去抑制 VIP-PV-PPYR 基序形成了 dmPFC 微環路的核心，以控制社會競爭行為。

研究自由行為動物的瘙癢感知需要極小的感知刺激輸入。微型雙光子顯微鏡使神經鈣成像能夠用于瘙癢研究。通過操縱脊髓中的 GRPR 神經元誘發瘙癢，微型化雙光子成像技術用于記錄小鼠抓撓時 S1Tr 神經元的活動。

直接測量ACh釋放的能力是理解其生理功能的重要步驟。微型化雙光子成像被利用于檢測 ACh 傳感器，以靈敏指示在執行各種行為的小鼠多個大腦區域中的單次 ACh 動態。

對自由行為的小鼠脊髓進行長期成像被證實是可行的，利用微型雙光子顯微鏡可對脊髓參與的自由行為小鼠感覺知覺及相關疾病作用機制進行研究。

社會行為研究需要動物處于行為自由的狀態。使用微型雙光子顯微鏡（mTPM）觀察自由行為小鼠 PrL 與社會行為相關的神經元活動，發現 GABA 能神經元的 Ca²⁺ 瞬變與社會行為的相關性比Glu能神經元的更高。

多模態地利用快速高分辨率的微型化雙光子顯微鏡，結合腦電圖（EEG）記錄和行為評估，用于研究自由活動小鼠注射紅藻氨酸誘發癲癇發作的開始和傳播。

水凝膠廣泛應用于神經組織修復，具有良好的組織相容性。微型化雙光子顯微鏡可通過柔性多峰透明電生理水凝膠（MTEHy）電極成像，以記錄自由行為動物的神經元 Ca²⁺ 活性。