[發(fā)明專利]在體膜片鉗與光纖記錄結(jié)合的神經(jīng)信號(hào)記錄方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010989794.4
• 申請(qǐng)日: 2020-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN113892957A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙文杰;蔚鵬飛;王立平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): A61B5/388
• 分類號(hào): A61B5/388;A61B5/00
• 代理公司: 深圳智趣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44486
• 代理人: 王策

本發(fā)明提供了一種在體膜片鉗與光纖記錄結(jié)合的神經(jīng)信號(hào)記錄方法及系統(tǒng)，其中神經(jīng)信號(hào)記錄系統(tǒng)包括熒光信號(hào)記錄單元、激發(fā)單元、膜片鉗記錄單元和控制與處理單元，膜片鉗記錄單元包括電生理數(shù)模轉(zhuǎn)換器。熒光信號(hào)記錄單元記錄熒光信號(hào)，膜片鉗記錄單元記錄神經(jīng)電信號(hào)，熒光信號(hào)和神經(jīng)電信號(hào)在電生理數(shù)模轉(zhuǎn)換器中同步。本發(fā)明的系統(tǒng)能夠同時(shí)反映出脈沖放電等膜電位的變化和相關(guān)聯(lián)環(huán)路的神經(jīng)化學(xué)信號(hào)變化情況，在神經(jīng)信號(hào)記錄的維度、形式以及獲得數(shù)據(jù)的豐富性上有質(zhì)的提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及神經(jīng)信號(hào)記錄技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種能同時(shí)記錄熒光信號(hào)和電信號(hào)的在體膜片鉗與光纖記錄結(jié)合的神經(jīng)信號(hào)記錄方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

對(duì)清醒動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)的研究，是當(dāng)代神經(jīng)科學(xué)研究中一個(gè)重要的課題。隨著神經(jīng)科學(xué)研究的不斷深入，神經(jīng)信號(hào)記錄的方式和方法也經(jīng)歷著不斷的革新。目前神經(jīng)信號(hào)的記錄方法主要以熒光信號(hào)記錄和電信號(hào)記錄為主。在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)技術(shù)中，一個(gè)具體的在體清醒動(dòng)物實(shí)驗(yàn)一般就采用單一的記錄方法，即只記錄熒光信號(hào)或只記錄電信號(hào)。

現(xiàn)有技術(shù)使用光纖記錄系統(tǒng)記錄熒光信號(hào)時(shí)，通過光纖收集熒光信號(hào)，將收集到的熒光信號(hào)通過光信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，隨后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡傳送到記錄系統(tǒng)，以達(dá)到實(shí)時(shí)觀察所研究腦區(qū)一群神經(jīng)細(xì)胞熒光活動(dòng)的目的。然而光纖記錄法無法檢測單個(gè)細(xì)胞的活動(dòng)，只能檢測光纖探針尖端附近的群體神經(jīng)元熒光信號(hào)，而且熒光信號(hào)弱、記錄光信號(hào)系統(tǒng)的采樣頻率以及信噪比較小等問題制約了光信號(hào)所能呈現(xiàn)神經(jīng)信號(hào)的維度和保真度。

電信號(hào)一般反應(yīng)神經(jīng)元的膜電位變化，包括動(dòng)作電位、閾下電位和場電位。膜片鉗記錄是對(duì)電極尖端吸附的細(xì)胞膜片進(jìn)行膜電流或膜電位記錄的方法，使用玻璃微電極吸管把只含1-3個(gè)離子通道、面積為幾個(gè)平方微米的細(xì)胞膜通過負(fù)壓吸引封接起來，由于電極尖端與細(xì)胞膜的高阻封接，電極尖端籠罩下的膜與其他部分從電學(xué)上隔離，通過負(fù)壓將這一小塊細(xì)胞膜吸破，使得細(xì)胞內(nèi)部與玻璃微電極內(nèi)部聯(lián)通，進(jìn)而形成全細(xì)胞記錄模式，通過此通道開放可以用一個(gè)極為敏感的電流/電壓監(jiān)測探針測量此電流強(qiáng)度/電壓變化。然而在體膜片鉗電生理方法存在單次實(shí)驗(yàn)記錄的細(xì)胞數(shù)量有限、記錄信號(hào)單一、很難獲知影響神經(jīng)電信號(hào)的來源等問題。

綜上所述，上述現(xiàn)有記錄神經(jīng)信號(hào)的方式都有其局限性，限制了科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)神經(jīng)信號(hào)的進(jìn)一步挖掘和認(rèn)知，所以需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種在體膜片鉗與光纖記錄結(jié)合的神經(jīng)信號(hào)記錄方法及系統(tǒng)，在一套系統(tǒng)中通過優(yōu)化設(shè)計(jì)集成熒光信號(hào)記錄方法和膜片鉗記錄方法，以解決在體實(shí)驗(yàn)記錄方法單調(diào)的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的一種在體膜片鉗與光纖記錄結(jié)合的神經(jīng)信號(hào)記錄系統(tǒng)，包括熒光信號(hào)記錄單元、激發(fā)單元、膜片鉗記錄單元和控制與處理單元；

所述膜片鉗記錄單元包括電生理數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于采集神經(jīng)電信號(hào)；

所述膜片鉗記錄單元通過所述電生理數(shù)模轉(zhuǎn)換器與所述熒光信號(hào)記錄單元相連，用于接收所述熒光記錄單元采集的熒光信號(hào)所轉(zhuǎn)化的電信號(hào)；

所述膜片鉗記錄單元通過所述電生理數(shù)模轉(zhuǎn)換器與和所述激發(fā)單元相連，用于將控制信號(hào)傳輸給所述激發(fā)單元；

所述電生理數(shù)模轉(zhuǎn)換器同步所述熒光信號(hào)記錄單元和所述膜片鉗記錄單元采集的信號(hào)，并且所述電生理數(shù)模轉(zhuǎn)換器與所述控制與處理單元連接，接收來自所述控制與處理單元連接的控制信號(hào)。

進(jìn)一步，所述激發(fā)單元包括激光光源，所述熒光信號(hào)記錄單元還包括光纖插針，所述光纖插針還連接所述激光光源，光纖插針既可以傳遞激發(fā)光，又可以采集熒光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集成，不但降低了系統(tǒng)的成本，而且也不會(huì)占據(jù)太多空間，方便實(shí)驗(yàn)人員操作。

進(jìn)一步，所述熒光信號(hào)記錄單元還包括光纖記錄主機(jī)和光纖跳線，所述光纖跳線一端連接所述光纖插針，另一端所述光纖記錄主機(jī)。