[发明专利]一种超高通量高时空分辨率活体神经元活动检测系统

说明书

本发明公开了一种超高通量高时空分辨率活体神经元活动检测系统，包括：神经探针阵列作为神经信号的采集工具；信号采集模块，用于采集读出神经探针阵列采集到的神经信号；信号处理模块，用于对信号采集模块读出的神经信号依次进行放大、滤波、模数转换；数据存储传输模块，用于对信号处理模块处理后的神经信号数据进行传输和存储；控制与显示系统，用于控制系统各个模块的工作并显示相关工作过程。该系统突破现有检测系统小于1000通道的限制，针对超高通量的神经信号采集和处理，能够多方位、多层次地检测生物的脑神经信号，更能满足研究者们日益增加的研究需求，对人类认识脑、研究脑的计划实现提供了硬件支持。

技术领域

本发明涉及神经元检测技术领域，尤其涉及一种超高通量高时空分辨率活体神经元活动检测系统。

背景技术

神经信号检测是人类研究脑最关键最不可或缺的部分，只有得到准确的、可靠性高的神经信号才能进行下一步的研究。随着对脑的认知越来越深，对采集到脑神经信号的数量、分辨率、信噪比等的要求也越来越高。如何研制出高通道、高分辨率、可靠信高的神经信号采集系统一直是本领域内技术人员追求的目标。

脑的基本功能单元是神经元。当神经元活动时，其膜电位会发生一个全或无的短促变化，称为动作电位，细胞外记录到的信号幅度约为80-200微伏，持续时间约为1毫秒。动作电位的幅度固定不变，就像现代计算机中的数字信号，在神经元活动时表征为1，无活动时为表征0。要揭示大脑功能的机制，破译其神经元网络的信息编码原理，需要在大脑这个复杂的神经元网络中，尽可能多地同时观察、记录单个神经元的动作电位信号。而目前广泛使用的传统采集系统通常在128-256通道，最高的目前正处于实验阶段的采集系统也在1000通道左右，如Scholvin.J et.al,Close-Packed Silicon Microelectrodes forScalable Spatially Oversampled Neural Recording,IEEE Transactions onBiomedical Engineering,Vol.63(2016),pp.120-130而现有的电极与采集系统相连的方式限定了这个上限。同时记录大量神经元的活动、是美国大脑计划“动态脑图谱计划(TheBrain Activity Map Project)”的主要目标之一：即通过研发新技术，尽可能获得大脑神经元网络中“每个神经元的每次动作电位(Every Spike from Every Neuron)”。而且，新一代的技术只有在清醒动物做出行为时采集到大规模神经元的活动、并进而分析获得行为的神经环路机制，才能最大化其价值。为此，研发新一代的大规模神经元活动记录技术，能同时观察清醒行为中动物脑内大量神经元的动作电位，是当今国际脑科学前沿技术研究面临的巨大挑战。