[发明专利]一种用于研究神经网络的系统及其控制方法

权利要求书

1.一种用于研究神经网络的系统，其特征在于，包括：

依次摆放的第一激光器、第一快门、第一光学整形单元、第一扫描单元、第一透镜、第一二色镜、第二透镜和物镜，所述第一激光器、第一快门、第一光学整形单元、第一扫描单元的光学中心重合，第一扫描单元在第一透镜的前方焦点处，第一透镜的后焦点与第二透镜的前方焦点重合，透镜与物镜光学中心重合，第一二色镜与第二透镜的光轴中心成45度夹角放置；

第一宽带光源、聚光镜，所述第一宽带光源位于聚光镜的前方焦点处；

依次放置的第二宽带光源、第二快门和第一滤光片；

依次放置的第二滤光片和成像器件，所述第二滤光片位于第一二色镜与成像器件之间，成像器件位于第二透镜的像方焦平面处；

计算机、控制箱和膜片钳记录系统，所述计算机连接控制箱，所述控制箱作为计算机的外设接口，分别连接所述成像器件、第一快门、第一扫描单元和膜片钳记录系统，所述计算机通过控制箱实现对第一扫描单元、第一快门、第二快门、膜片钳记录系统的通信控制。

2.根据权利要求1所述的用于研究神经网络的系统，其特征在于：还包括第二激光器、第三快门、第二整形单元、反射镜、第三二色镜，所述第二激光器、第三快门、第二整形单元依次放置，光学中心重合；所述反射镜与第二激光器所在的光轴成45度角放置，第三二色镜位于第一整形单元与第一扫描单元之间，且与第一激光器所在的光轴成45度角放置，第三快门连接在所述控制箱上。

3.根据权利要求1所述的用于研究神经网络的系统，其特征在于：第二激光器、第三快门、第二整形单元、第二扫描单元依次放置，中心重合，反射镜位于第二扫描单元之后，与第二激光器所在的光轴成45度角放置，第三二色镜位于第一扫描单元与第一透镜之间，且与第一激光器所在的光轴成45度角放置，第二扫描单元到第一透镜的光学距离等于第一透镜的焦距；所述控制箱还分别连接第三快门、第二扫描单元。

4.根据权利1至3之一所述用于研究神经网络的系统，其特征在于：所述第一、第二扫描单元分别为声光偏置器、空间调制器或电光晶体中的一种器件。

5.根据权利4所述用于研究神经网络的系统，其特征在于：所述第一、第二激光器分别为，对于ChR2光敏蛋白的刺激选用波长473nm的激光器，对于NpHR光敏蛋白选用波长580nm的激光器；或者采用波长为920nm和1120nm的飞秒脉冲激光器，飞秒脉冲激光器用于双光子刺激。

6.一种根据权利要求1-3之一所述的用于研究神经网络系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、先后打开、关闭所述第一宽带光源或第二宽带光源照射样品，使所述成像器件分别获得样品的明场图像和荧光图像；

步骤二、在所述样品明场图像和荧光图像中选取感兴趣区域，并保存其位置信息；

步骤三、将所述膜片钳记录系统的电极封装到目标细胞的膜表面上；

步骤四、打开所述第一激光器和/或第二激光器，所述第一和/或第二扫描单元发出扫描光束刺激所述感兴趣细胞，同时所述膜片钳记录系统记录目标细胞的在光刺激下发出的电信号；所述电信号通过所述控制箱被所述计算机所采集；

步骤五、所述计算机根据所采集的目标细胞的电信号和刺激模式，进行神经传递分析判断；

步骤六、判断目标细胞中是否存在其它未测试的目标细胞；

步骤七、如果存在，则将所述膜片钳记录系统的电极封装到未测试的目标细胞的膜表面，然后，返回步骤四；否则，执行步骤八；

步骤八、所述计算机综合分析步骤五的结果，绘制出细胞的网络功能图。

7.根据权利要求6所述的用于研究神经网络系统的控制方法，其特征在于，所述步骤四中，所述第一、第二扫描单元发出的扫描光束能够聚焦到细胞上的某一点进行细胞刺激，和/或者在细胞区域内移动进行细胞刺激。

8.根据权利要求7所述的用于研究神经网络系统的控制方法，其特征在于，所述扫描光束在细胞区域内移动的方式包括顺序移动、环形移动和随机移动。

9.根据权利要求8所述的用于研究神经网络系统的控制方法，其特征在于：所述扫描光束的有效光斑大小可在所述计算机的控制下可调。

10.根据权利要求9所述的用于研究神经网络系统的控制方法，其特征在于在所述步骤四中，对所述对象细胞的刺激具有多种刺激模式：空间制模式用于空间信息研究；时间模式用于时间信息研究；强度模式用于阈值信息研究；方向模式用于方向传递信息研究。