專利名稱：一種研究神經(jīng)環(huán)路功能和調(diào)控動(dòng)物行為活動(dòng)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，尤其涉及光遺傳學(xué)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人類大腦由近千億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞組成，神經(jīng)元之間通過突觸形成網(wǎng)絡(luò)，彼此聯(lián)絡(luò)，傳遞信息，形成感覺、運(yùn)動(dòng)等系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)又可分為若干子系統(tǒng)，如感覺中的視覺、嗅覺、聽覺、味覺及體表觸覺等，其功能的實(shí)施依賴于不同類型、處于神經(jīng)系統(tǒng)不同部位細(xì)胞之間精準(zhǔn)聯(lián)系而形成的神經(jīng)環(huán)路。神經(jīng)環(huán)路是聯(lián)系分子細(xì)胞功能與整體行為功能之間的橋梁，特定功能神經(jīng)環(huán)路的研究有利于理解神經(jīng)環(huán)路的形成與修飾，信息編碼、加工與處理，以及其與行為間關(guān)系，從而可更深層次了解腦的工作原理。神經(jīng)調(diào)控是研究神經(jīng)環(huán)路的一種有效手段，藥物干擾是ー種常規(guī)的神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，但存在藥物起效時(shí)間慢、副作用大的問題；電極刺激是ー種常用的神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，但刺 激區(qū)域大、缺乏特異性和空間選擇性，限制了它們?cè)谏窠?jīng)環(huán)路研究中的應(yīng)用。光遺傳學(xué)技術(shù)是ー種新穎的神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，能夠無損、高時(shí)空分辨率、雙向操縱神經(jīng)元，非常適合研究神經(jīng)環(huán)路功能、掲示動(dòng)物行為活動(dòng)與神經(jīng)環(huán)路的聯(lián)系和機(jī)理。光遺傳學(xué)技術(shù)是遺傳學(xué)技術(shù)與光刺激技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。從遺傳學(xué)技術(shù)上來看，已開發(fā)出多種光敏感通道，可方便表達(dá)到培養(yǎng)細(xì)胞上或活體動(dòng)物中；從光刺激技術(shù)來看，當(dāng)前的光刺激方法存在局限性，如采用寬場(chǎng)刺激模式，雖可激活或抑制神經(jīng)元，但它會(huì)把整個(gè)動(dòng)物樣品或整個(gè)神經(jīng)環(huán)路激活，無法實(shí)現(xiàn)特定細(xì)胞或一群細(xì)胞選擇性光刺激激活；如采用基于掃描鏡、聲光偏轉(zhuǎn)器、發(fā)光二極管陣列、空間光調(diào)制器、液晶或微反射鏡技術(shù)，雖可實(shí)現(xiàn)高時(shí)空分辨率的刺激激活細(xì)胞，但通常必須結(jié)合倒置或正置熒光顯微鏡上，只適用于培養(yǎng)細(xì)胞、腦切片的光刺激激活，存在光刺激范圍小，不適合研究大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和調(diào)控活體動(dòng)物的行為活動(dòng)。這些限制了光遺傳學(xué)技術(shù)在神經(jīng)環(huán)路研究中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種研究神經(jīng)環(huán)路和調(diào)控活體動(dòng)物行為活動(dòng)的系統(tǒng)，用于研究大的特定功能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和調(diào)控活體動(dòng)物的行為活動(dòng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了ー種研究神經(jīng)環(huán)路和調(diào)控活體動(dòng)物行為活動(dòng)的系統(tǒng)，其特征在于，包括依次擺放的第一激光器、快門、圓形可調(diào)衰減器、耦合透鏡、單模光纖、成像透鏡、第一二色鏡、棱鏡、筒鏡、變倍系統(tǒng)、物鏡、ニ維電控平移臺(tái)；以及成像設(shè)備(XD、計(jì)算機(jī)、接ロ電路、快門控制器、電生理記錄系統(tǒng)和平移臺(tái)控制器；所述第一激光器、快門、耦合透鏡、單模光纖、成像透鏡的光軸重合，單模光纖入射端面位于耦合透鏡后焦平面處，單模光纖輸出端面位于成像透鏡的一倍焦距之外；第一二色鏡分別與成像透鏡光軸、筒鏡光軸成45度夾角放置，所述棱鏡位于筒鏡與第一二色鏡之間，所述變倍系統(tǒng)安裝在所述筒鏡與物鏡之間，所述物鏡安裝于所述ニ維電控平移臺(tái)上方；所述成像設(shè)備CCD安裝于第一二色鏡上方,所述成像設(shè)備CCD的光路與第一二色鏡成45度角，成像設(shè)備CCD與被測(cè)樣品滿足成像共軛關(guān)系，用于細(xì)胞可視化和感興趣細(xì)胞或區(qū)域的選取。所述計(jì)算機(jī)連接接ロ電路，所述接ロ電路分別連接所述快門控制器、電生理記錄系統(tǒng)和平移臺(tái)控制器；所述快門控制器連接快門，所述平移臺(tái)控制器連接所述ニ維電控平移臺(tái)；所述電生理記錄系統(tǒng)連接電極。單模光纖出射端面處激光光斑通過成像透鏡所成實(shí)像位于筒鏡前焦平面處，經(jīng)過筒鏡、變倍系統(tǒng)、物鏡，在物鏡前焦平面處獲得一個(gè)與體視顯微鏡放大倍數(shù)相關(guān)的激光光斑 ’，其尺寸滿足以下關(guān)系
權(quán)利要求
1.ー種研究神經(jīng)環(huán)路功能和調(diào)控動(dòng)物行為活動(dòng)的系統(tǒng)，其特征在于，包括依次擺放的第一激光器、快門、圓形可調(diào)衰減器、耦合透鏡、單模光纖、成像透鏡、第一二色鏡、棱鏡、筒鏡、變倍系統(tǒng)、物鏡、ニ維電控平移臺(tái)；以及成像設(shè)備CCD、計(jì)算機(jī)、接ロ電路、快門控制器、電生理記錄系統(tǒng)和平移臺(tái)控制器； 所述第一激光器、快門、耦合透鏡、單模光纖、成像透鏡的光軸重合，單模光纖入射端面位于耦合透鏡后焦平面處，單模光纖輸出端面位于成像透鏡的一倍焦距之外；第一二色鏡分別與成像透鏡光軸、筒鏡光軸成45度夾角放置,所述棱鏡位于筒鏡與第一二色鏡之間，所述變倍系統(tǒng)安裝在所述筒鏡與物鏡之間，所述物鏡安裝于所述ニ維電控平移臺(tái)上方；所述成像設(shè)備(XD安裝于第一二色鏡上方,所述成像設(shè)備(XD的光路與第一二色鏡成45度角，成像設(shè)備CCD與被測(cè)樣品滿足成像共軛關(guān)系； 所述計(jì)算機(jī)連接接ロ電路，所述接ロ電路分別連接所述快門控制器、電生理記錄系統(tǒng)和平移臺(tái)控制器；所述快門控制器連接快門，所述平移臺(tái)控制器連接所述ニ維電控平移臺(tái)，所述電生理記錄系統(tǒng)連接電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的研究神經(jīng)環(huán)路功能和調(diào)控動(dòng)物行為活動(dòng)的系統(tǒng)，其刺激光斑滿足以下關(guān)系 , a CO —--COi, M-/3 ' 其中a為成像透鏡的垂軸放大率，M為變倍系統(tǒng)的放大倍數(shù)，P為物鏡的放大倍數(shù)，wO為單模光纖出射端面激光光斑直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的研究神經(jīng)環(huán)路功能和調(diào)控動(dòng)物行為活動(dòng)的系統(tǒng)，還包括目鏡，所述目鏡位于所述棱鏡組的斜上方，所述棱鏡的位置能夠平移，用于樣品反射光在目鏡與成像設(shè)備C⑶之間的切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的研究神經(jīng)環(huán)路功能和調(diào)控動(dòng)物行為活動(dòng)的系統(tǒng)，其特征在于，所述圓形可調(diào)衰減器采用電光晶體或聲光調(diào)制器代替，所述電光晶體、聲光調(diào)制器分別通過電光晶體控制器、聲光調(diào)制器控制器連接計(jì)算機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的研究神經(jīng)環(huán)路功能和調(diào)控動(dòng)物行為活動(dòng)的系統(tǒng)，其特征在于，所述ニ維電控平移臺(tái)包括光柵尺、伺服電機(jī)以及反饋回路。
6.ー種研究神經(jīng)環(huán)路和調(diào)控動(dòng)物行為活動(dòng)的系統(tǒng)，其特征在于包括依次擺放的第一激光器、聲光可調(diào)諧濾波器、稱合透鏡、單模光纖、成像透鏡、第一二色鏡、筒鏡、變倍系統(tǒng)、物鏡、ニ維電控平移臺(tái)；以及成像設(shè)備CCD、計(jì)算機(jī)、接ロ電路、聲光可調(diào)諧濾波器控制器、電生理記錄系統(tǒng)和平移臺(tái)控制器； 所述第一激光器、耦合透鏡、單模光纖、成像透鏡的光軸重合，單模光纖入射端面位于耦合透鏡后焦平面處，單模光纖輸出端面位于成像透鏡的一倍焦距之外；第一二色鏡分別與成像透鏡光軸、筒鏡光軸成45度夾角放置，所述棱鏡位于筒鏡與第一二色鏡之間，所述變倍系統(tǒng)安裝在所述筒鏡與物鏡之間，所述物鏡安裝于所述ニ維電控平移臺(tái)上方；所述成像設(shè)備CCD安裝于第一二色鏡上方,所述成像設(shè)備CCD的光路與第一二色鏡成45度角，成像設(shè)備CCD與被測(cè)樣品滿足成像共軛關(guān)系； 所述計(jì)算機(jī)連接接ロ電路，所述接ロ電路分別連接所述聲光可調(diào)諧濾波器控制器、電生理記錄系統(tǒng)和平移臺(tái)控制器；所述聲光可調(diào)諧濾波器控制器連接所述聲光可調(diào)諧濾波器，所述平移臺(tái)控制器連接所述ニ維電控平移臺(tái)，所述電生理記錄系統(tǒng)連接電極； 所述第一激光器與聲光可調(diào)諧濾波器之間，還依次放置第二激光器、第三激光器、……第N個(gè)激光器以及與之分別對(duì)應(yīng)的第二個(gè)二色鏡、第三個(gè)二色鏡、 .第N個(gè)二色鏡，所述第二二色鏡分別與第一激光器光軸、第二激光器光軸成45度夾角放置,第三二色鏡分別與第一激光器光軸、第三激光器光軸成45度夾角放置，……第N個(gè)二色鏡分別與第一激光器光軸、第N個(gè)激光器光軸成45夾角放置，聲光可調(diào)諧濾波器通光孔中心與第一激光器光軸重合。
所述計(jì)算機(jī)通過接ロ電路、聲光可調(diào)諧濾光器控制器選取需要的激光波長，并通過耦合透鏡耦合到單模光纖中，進(jìn)而耦合到物鏡中進(jìn)行光刺激。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的研究神經(jīng)環(huán)路功能和調(diào)控動(dòng)物行為活動(dòng)的系統(tǒng)，其特征在于，采用濾光片旋轉(zhuǎn)輪代替所述聲光可調(diào)諧濾光器及聲光可調(diào)諧濾波器控制器，所述濾光片旋轉(zhuǎn)輪連接所述計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)激光波長切換。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的研究神經(jīng)環(huán)路功能和調(diào)控動(dòng)物行為活動(dòng)的系統(tǒng)，其特征在于，所述ニ維電控平移臺(tái)包括光柵尺、伺服電機(jī)以及反饋回路。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物、醫(yī)學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域，它公開了一種用于研究神經(jīng)環(huán)路和調(diào)控動(dòng)物行為的系統(tǒng)，發(fā)明實(shí)現(xiàn)了大視野下的細(xì)胞可視化和感興趣細(xì)胞的選取，同時(shí)動(dòng)態(tài)對(duì)放置于快速高精度二維電控平移臺(tái)上的動(dòng)物樣品細(xì)胞進(jìn)行不同模式的快速光刺激，根據(jù)記錄的電生理信號(hào)或行為特征、以及使用的刺激模式，用于分析所選取的特定神經(jīng)元投射關(guān)系，研究神經(jīng)元運(yùn)算、整合過程，進(jìn)而揭示大的特定神經(jīng)環(huán)路功能作用，調(diào)控動(dòng)物行為活動(dòng)。
文檔編號(hào)C12M1/42GK102827768SQ201210290630
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者曾紹群, 劉亞豐, 呂曉華 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)