[实用新型]一种双通道动物神经元信号记录与同步刺激系统

说明书

技术领域

本实用新型属于生物学、神经科学、医学等领域，尤其涉及光遗传学技术应用领域，特别涉及一种双通道动物神经元信号记录与同步刺激系统。

背景技术

人类大脑由近千亿个神经细胞组成，神经元之间通过突触形成网络，彼此联络，传递信息，形成感觉、运动等系统，每个系统又可分为若干子系统，如感觉中的视觉、嗅觉、听觉、味觉及体表触觉等，其功能的实施依赖于不同类型、处于神经系统不同部位细胞之间精准联系而形成的神经环路。神经环路是联系分子细胞功能与整体行为功能之间的桥梁，特定功能神经环路的研究有利于理解神经环路的形成与修饰，信息编码、加工与处理，以及其与行为间关系，从而可更深层次了解脑的工作原理。

神经调控是研究神经环路的一种有效手段，药物干扰是一种常规的神经调控技术，但存在药物起效时间慢、副作用大的问题；电极刺激是一种常用的神经调控技术，但刺激区域大、缺乏特异性和空间选择性，限制了它们在神经环路研究中的应用。光遗传学技术是一种新颖的神经调控技术，能够无损、高时空分辨率、双向操纵神经元，非常适合研究神经环路功能、揭示动物行为活动与神经环路的联系和机理。

光遗传学技术是遗传学技术与光刺激技术结合的产物。从遗传学技术上来看，已开发出多种光敏感通道，可方便表达到培养细胞上或活体动物中；长期实时对自由活动动物脑内各核团神经元活动进行监测是探索脑功能及寻找神经相关疾病发病机制的重要方法之一，传统主要是应用电生理方法，但是其实验步骤繁杂、实验周期长、记录范围有限，随着钙离子荧光染料和光遗传学病毒载体的发展，光纤记录和光遗传学技术应运而生，从而可以运用光纤记录神经元活动引起的钙离子荧光信号变化来监测神经元的活动，同时，亦可以通过光遗传技术抑制和兴奋目标神经元，观察目标行为的变化。

但是，先前的光纤记录装置和光遗传学装置为两个设备，进行记录和光遗传学实验需要将光纤插于不同设备，而且不能实现在记录的过程中随时进行光遗传学实验，本设备可以通过同一根光纤实现记录与光遗传学实验，同时对动物的行为进行监测，将实验步骤大大缩减，记录与光遗传学实验同时进行使得到的实验结果更加真实可靠。

实用新型内容

基于上述情况，有必要提供了一种双通道动物神经元信号记录与同步刺激系统。

一种双通道动物神经元信号记录与同步刺激系统，包括光纤模块、光源模块、光电转换模块、AD/DA转换模块、视频采集模块以及上位机；

所述光纤模块用以采集表达光敏蛋白脑区的荧光信号，还包括输出蓝光或黄光至对应脑区神经元；

所述光源模块用于根据刺激信号选择性输出蓝光或黄光，还包括将接收的荧光信号传输至光电转换模块；

所述光电转换模块用以将接收的荧光信号转换为电模拟信号，并传输至AD/DA转换模块；

所述AD/DA转换模块用于将电模拟信号转换为数字信号，并上传至上位机；所述AD/DA转换模块还用于将控制信号转换为刺激信号；

所述视频采集模块用以记录动物行为，并将行为记录上传至上位机；

所述上位机接收行为记录和数字信号并进行分析，所述上位机还包括像AD/DA转换模块发送控制信号。

作为一种改进，还包括视频标记模块，所述视频标记模块与AD/DA转换模块连接，用以根据电模拟信号对采集的动物行为记录进行标记。

作为进一步改进，所述光源模块包括蓝光LED、黄光LED、分别位于两组LED光源后面的准直透镜和滤光片、分别位于两组LED光源滤光片之后的分色镜；所述准直透镜设置在LED光源和滤光片之间，所述蓝光LED光源和黄光LED光源分别与AD/DA转换模块连接，所述AD/DA转换模块输出、切换以及输出功率大小，产生的对应光束经所述准直透镜到达所述滤光片后传送至分色镜，再由所述分色镜进行反射进入光纤连接模块。

进一步的，所述光电转换模块具体为光电倍增管，所述AD/DA转换模块具体为数据采集卡；所述光电倍增管用以将采集的微弱荧光信号进行放大并转换为模拟电信号。

更进一步的，所述光纤模块包括第四准直透镜和光纤，由所述光源模块分色镜反射的蓝光或黄光经第四准直透镜传送到光纤，激活或抑制对应脑区的神经元。

作为一种改进，所述视频标记模块具体为信号灯，所述信号灯与数据采集卡连接，所述数据采集卡模拟电信号强弱，控制信号灯亮暗时间和闪烁次数，通过视频采集模块捕捉到闪烁点作为标记，用于动物行为记录和数字信号的校准对应点。