[發明專利]一種超高通量高時空分辨率活體神經元活動檢測系統

有效

• 申請號: 201710833857.5
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107485385B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 許磊;謝東成;陳閩強;魏勁松;吳楓
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: A61B5/04
• 分類號: A61B5/04;A61B5/00;A61B5/0476;H01L21/28
• 代理公司: 11260 北京凱特來知識產權代理有限公司
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

本發明公開了一種超高通量高時空分辨率活體神經元活動檢測系統，包括：神經探針陣列作為神經信號的采集工具；信號采集模塊，用于采集讀出神經探針陣列采集到的神經信號；信號處理模塊，用于對信號采集模塊讀出的神經信號依次進行放大、濾波、模數轉換；數據存儲傳輸模塊，用于對信號處理模塊處理后的神經信號數據進行傳輸和存儲；控制與顯示系統，用于控制系統各個模塊的工作并顯示相關工作過程。該系統突破現有檢測系統小于1000通道的限制，針對超高通量的神經信號采集和處理，能夠多方位、多層次地檢測生物的腦神經信號，更能滿足研究者們日益增加的研究需求，對人類認識腦、研究腦的計劃實現提供了硬件支持。

技術領域

本發明涉及神經元檢測技術領域，尤其涉及一種超高通量高時空分辨率活體神經元活動檢測系統。

背景技術

神經信號檢測是人類研究腦最關鍵最不可或缺的部分，只有得到準確的、可靠性高的神經信號才能進行下一步的研究。隨著對腦的認知越來越深，對采集到腦神經信號的數量、分辨率、信噪比等的要求也越來越高。如何研制出高通道、高分辨率、可靠信高的神經信號采集系統一直是本領域內技術人員追求的目標。

腦的基本功能單元是神經元。當神經元活動時，其膜電位會發生一個全或無的短促變化，稱為動作電位，細胞外記錄到的信號幅度約為80-200微伏，持續時間約為1毫秒。動作電位的幅度固定不變，就像現代計算機中的數字信號，在神經元活動時表征為1，無活動時為表征0。要揭示大腦功能的機制，破譯其神經元網絡的信息編碼原理，需要在大腦這個復雜的神經元網絡中，盡可能多地同時觀察、記錄單個神經元的動作電位信號。而目前廣泛使用的傳統采集系統通常在128-256通道，最高的目前正處于實驗階段的采集系統也在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而現有的電極與采集系統相連的方式限定了這個上限。同時記錄大量神經元的活動、是美國大腦計劃“動態腦圖譜計劃(TheBrain Activity Map Project)”的主要目標之一：即通過研發新技術，盡可能獲得大腦神經元網絡中“每個神經元的每次動作電位(Every Spike from Every Neuron)”。而且，新一代的技術只有在清醒動物做出行為時采集到大規模神經元的活動、并進而分析獲得行為的神經環路機制，才能最大化其價值。為此，研發新一代的大規模神經元活動記錄技術，能同時觀察清醒行為中動物腦內大量神經元的動作電位，是當今國際腦科學前沿技術研究面臨的巨大挑戰。