[發明專利]提供光刺激和結構成像的裝置、設備和方法

在審

• 申請號: 200980143446.7
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN102202561A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 沃洛季米爾·尼科連科;拉斐爾·尤斯特;布朗東·O·沃森;達爾西·彼得卡
• 申請（專利權）人: 紐約市哥倫比亞大學托管會
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;韓宏星

相關申請的交叉引用

本申請要求2008年9月25日提交的美國專利申請序列號No.61/194,145、2009年4月17日提交的美國專利申請序列號No.61/212,924和2009年5月11日提交的美國專利申請序列號No.61/177,239的優先權，以上申請的全部公開內容通過引用并入本文。

關于聯邦資助的研究或開發的聲明

本公開是在美國國家健康研究所(NIH)的國家眼科研究所(NEI)和國家神經病和腦卒中研究所(NINDS)的資金號NIH?RO1?EY11787的政府資助下完成的。因此，美國政府對本發明具有一定的權利。

技術領域

本公開的示例性實施方案涉及用于提供光刺激和結構成像的裝置、設備和方法，更具體涉及神經元回路的光刺激和成像。

背景技術

神經元回路由多樣性的細胞類型構成并且很可能每種細胞類型執行特定功能(參見P.Sterling，“The?Synaptic?Organization?of?the?Brain，”edited?by?G.M.Shepherd，Oxford?University?Press，Oxford，1990)。因此，作為理解回路功能的先決條件，似乎有必要標測出不同類型神經元之間的突觸連接，或者如Crick發表論文中所提出的，標測給定細胞上產生的所有連接(參見FH.Crick，ScL?Am.241(3)，219(1979))。

根據描述使用熒光膜探針的知識(參見I.C.Farber和A.Grinvald，Science?222，1025(1983))，使用籠鎖谷氨酸進行神經元光刺激(參見E.M.Callaway?and?L.C.Katz，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.90，7661(1993))已使該研究項目獲得了很大進展，生成了腦切片中神經元的高分辨率輸入標測圖(參見M.B.Dalva和L.C.Katz，Science?265(5169)255(1994)；G.M.Shepherd，T.A.Pologruto和K.Svoboda，Neuron?38(2)，277(2003)；C.Boucsein，M.Nawrot，S.Rotter?et?al.，Journal?of?neurophysiology?94(4)，2948(2005)；R.Kotter，D.Schubert，J.Dyhrfjeld-Johnsen?et?al.，J?Biomed?Opt?10(1)，11003(2005)；H.U.Dodt，A.Schierloh，M.Eder?et?al.，Neuroreport?14(4)，623(2003)；S.Shoham，D.H.O′Connor，D.V.Sarkisov?et?al.，Nature?methods?2(11)，837(2005))。在該方法中，通過將紫外光聚焦在切片中的特定位置處實現谷氨酸解籠鎖，同時記錄來自不同位置的神經元的細胞內反應。通過使解籠鎖光束系統地移動穿過切片，可以標測出在所記錄的細胞內產生興奮性或抑制性反應的區域。雖然有用，但是該方法可能存在以下問題：由于在活組織中不可避免的光散射和單光子激發產生大的解籠鎖區域，使得刺激區域包含多于一個神經元。因此，單光子光刺激尚未揭示細胞間的突觸連接，而只是特定區域和所記錄的神經元之間的連接。

因此，需要解決本文所述缺點中的至少一部分。

發明內容

為了克服至少以上限制，可以提供雙光子光刺激方法、系統和設備的示例性實施方案。

根據本公開的一個示例性實施方案，可以提供用于產生至少一個輻射的設備和方法。例如，可以提供至少一個特定裝置，其構造或設置為產生一種或更多種輻射以觸發至少一個樣品的至少一部分的光活化、光失活和/或光化學效應。所述輻射可包括至少一個光束，并且所述特定裝置可進一步構造或設置為將所述至少一個光束分成多個子束，使得至少一些所述子束碰撞所述樣品。所述樣品可以是生物樣品、化學組合物、半導體器件和/或藥物遞送裝置。

根據一個示例性實施方案，所述特定裝置可包括至少一個光學衍射裝置。所述特定裝置和/或所述光學衍射裝置可包括至少一個空間光調制(SLM)裝置。此外，所述特定裝置可通過以非線性方式激發至少一個輻射來產生所述至少一個輻射。所述至少一個輻射的信噪比可為來自單輻射系統的信號的約1.94倍。