[发明专利]中红外神经刺激技术

说明书

本发明涉及神经科学的基础与临床研究领域，公开了一种通过中红外光定点辐照实现激活脑神经细胞的技术，同时公开了该技术的一种具体实施方式的示范。由中红外光源（1）输出的中红外光经过光调制器（2）、光纤适配器（3）和中红外光纤（4）被传递到脑组织的刺激目标位点并持续一段时间辐照，使得中红外光能量被辐照区域组织产生具有高梯度分布的吸收，从而提高该区域组织中所含神经细胞的活性。本发明所公开的中红外神经刺激技术区别于现有被称为光遗传的神经刺激技术在于：采用的光源波长在中红外段而不是在可见段或近红外段；以及被刺激脑组织中不含任何由外部介入的基因或化学物质，使本发明所述技术相比于光遗传技术具有更广阔的适用场景。

技术领域

本发明涉及神经科学基础研究和神经疾病的治疗领域，公开了一种神经刺激技术的实施方法。神经刺激技术也可被称为神经调控技术，是通过外部干预作用而改变脑组织内神经细胞活动的技术，被大量应用在神经科学基础研究和神经疾病的治疗中。本发明所述的中红外神经刺激技术是通过中红外光的定点辐照来提高被辐照区域内神经细胞活动水平的神经刺激技术。

背景技术

目前已有的神经刺激技术可按照外部干预作用的基本类型和属性来区分，主要包括两大类型，药物刺激和物理刺激。

药物刺激是指通过服用或注射神经药物来改变神经细胞活动，神经药物有很多种，各具有不同的作用机制和效果，但其普遍具有很显著的毒副作用，并且长期使用容易产生依赖性和上瘾。

物理刺激是指通过电、磁、声、光、热等物理作用来改变神经细胞的活动，其毒副作用一般不显著，成瘾性也不明显。

电刺激和磁刺激是比较传统的神经刺激技术，这是因为神经细胞的活动基本模式就是生物电信号。经过近几十年的发展，电刺激和磁刺激从实验室向临床应用的转化已经比较成熟，其具有非侵入和作用深度大的优点，而缺点是刺激定位精度就比较有限，作用范围难于控制。

声刺激是一种近年来获得关注的新型神经刺激技术，指使用正常听觉感知范围以外的超声波进行脉冲刺激。声刺激的优点是易于精准定位，缺点是作用效果很微弱，需要很高强度的聚焦超声波才能起到明显的效果，而这样高强度超声波的安全性尚未清楚。

光刺激是指不对眼睛给光而是对脑组织给光来调控神经活动的技术。但是，除了眼中的视网膜上的感光细胞以外，其他所有脑组织细胞对光照都不敏感，也就很难用光来直接调控大脑神经活动，所以光刺激神经的机制主要是借助于近红外光产生的热效应来影响神经活动，与热刺激基本相同。而热刺激具有很高的破坏性，往往是还没有产生足够的神经刺激效果就已经超过了脑组织的热耐受极限，因此热刺激很难取得实际的应用。

2005年，美国斯坦福大学Karl Deisseroth的研究组首次报道了后来被命名为“光遗传”的神经刺激新技术，通过转基因手段，可以巧妙的使任意指定基因型的神经细胞表达其原本不能表达的特定光敏感离子通道蛋白，从而使其变得对光照敏感，对光刺激产生生物电响应。光遗传技术自从诞生以来就获得了神经科学基础研究领域的极大关注和广泛应用，它可以提供精确到单个细胞甚至亚细胞结构的定位精度和准确到毫秒级的时间精度，并且既可以激发、也可以抑制神经细胞活动。借助于光遗传技术，一大批神经科学前沿研究取得了突破进展，极大的增进了对大脑神经环路及功能的了解，一些重大神经疾病在动物模型实验中获得了成功治疗，前景一片光明。

但是，光遗传技术的最大优点所在即是它的最大缺点所在，由于必须使用转基因技术使神经细胞表达所需的光敏感蛋白，而转基因又是医学伦理中最为敏感的范畴和保守的底线，因此光遗传技术在未来很长一段时间里几乎不可能直接在临床中对人体使用。同理，任何通过转基因技术来使神经细胞变得对外部施加的物理作用场更加敏感（比如对磁场更加敏感）的神经刺激技术，都几乎不可能在近期转化成临床可用的医疗技术。