[發明專利]一種光遺傳學實驗方法與系統

有效

• 申請號: 201911184827.1
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN112842604B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 賴溥祥;孫雷;仲天庭;丘志海
• 申請（專利權）人: 香港理工大學深圳研究院
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61D1/00
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 蘭艷林

1.一種光遺傳學實驗系統，其特征在于，所述光遺傳學實驗系統基于波前整形技術，執行以下步驟：

獲得傳輸矩陣：以一段多模光纖作為刺激光信號的傳輸光纖，將所述多模光纖的形狀固定后，求解所述形狀下所述多模光纖的輸入端和輸出端之間的傳輸矩陣；

腦部植入手術：將所述輸出端植入實驗目標顱內空間，所述多模光纖的形狀在所述腦部植入手術的步驟前后保持固定不變；

給予光學刺激：所述光學刺激的空間位置處于所述輸出端的視場范圍內，根據所述光學刺激的空間位置，以及所述多模光纖的傳輸矩陣，對輸入所述輸入端的光進行波前補償，形成補償面陣光，將所述補償面陣光從所述輸入端輸入所述多模光纖，使得所述補償面陣光在經所述多模光纖傳輸至所述輸出端并出射后，能夠在所述光學刺激的空間位置處實現聚焦；

其中，所述補償面陣光的強度滿足：

光刺激點處聚焦的光能量密度能夠達到激活所述光刺激點處的神經細胞上的離子通道的閾值；

在輸出端輸出的光纖經過實驗目標顱內空間中除所述光刺激點處的神經細胞的其它神經細胞時，所述除所述光刺激點處的神經細胞的其它神經細胞上的離子通道不會被未聚焦的補償面陣光激活。

2.如權利要求1所述的光遺傳學實驗系統，其特征在于，在所述獲得傳輸矩陣的步驟中，求解所述形狀下所述多模光纖的輸入端和輸出端之間的傳輸矩陣包括：

多次收集向所述多模光纖輸入端輸入特定的所述補償面陣光時，所述多模光纖的輸出端光場的光分布信息；或者，多次收集向所述多模光纖輸出端輸入特定的所述補償面陣光時，所述多模光纖的輸入端光場的光分布信息；

基于傳輸矩陣求解算法，根據多次收集到的所述光分布信息求得所述多模光纖的傳輸矩陣。

3.如權利要求2所述的光遺傳學實驗系統，其特征在于，光場的所述光分布信息包括光場的光強度和光相位信息。

4.如權利要求1所述的光遺傳學實驗系統，其特征在于，在所述給予光學刺激的步驟中，所述補償面陣光基于所述實驗目標顱內空間的光學環境進行修正，所述補償面陣光在所述多模光纖輸出端植入所述實驗目標顱內空間后在預定的空間坐標點聚焦。

5.如權利要求1-4任一項所述的光遺傳學實驗系統，其特征在于，在所述給予光學刺激的步驟之后還包括時序光學刺激步驟。

6.如權利要求5所述的光遺傳學實驗系統，其特征在于，所述時序光學刺激步驟包括：根據所述光學刺激的空間位置和時間的關系函數，以及所述多模光纖的傳輸矩陣，對輸入所述輸入端的光進行時序變化的波前補償，形成時序補償面陣光，將所述時序補償面陣光從所述輸入端輸入所述多模光纖，使得所述時序補償面陣光在經所述多模光纖傳輸至所述輸出端并出射后，能夠根據所述光學刺激的空間位置和時間的關系函數在所述輸出端的視場范圍內實現動態聚焦。

7.如權利要求6所述的光遺傳學實驗系統，其特征在于，對輸入所述多模光纖輸入端的光進行時序變化的波前補償，形成時序補償面陣光的步驟中，采用數字微鏡器件進行空間光調制，所述數字微鏡器件輸出所述補償面陣光，通過不斷刷新所述數字微鏡器件的輸出圖形，實現所述時序變化的波前補償并形成所述時序補償面陣光。

8.如權利要求1所述的光遺傳學實驗系統，其特征在于，在所述腦部植入手術前的步驟還包括：向所述實驗目標顱內空間轉錄光敏蛋白的表達基因。

9.如權利要求8所述的光遺傳學實驗系統，其特征在于，向所述實驗目標顱內空間轉錄光敏蛋白的表達基因的步驟包括：向所述實驗目標顱內空間注射逆轉錄病毒，所述逆轉錄病毒的基因中包含能夠表達為所述光敏蛋白的基因片段。