專利名稱：一種研究神經環(huán)路功能和調控動物行為活動的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生物學、神經科學、醫(yī)學等領域，尤其涉及光遺傳學技術應用領域。
背景技術：
人類大腦由近千億個神經細胞組成，神經元之間通過突觸形成網絡，彼此聯(lián)絡，傳遞信息，形成感覺、運動等系統(tǒng)，每個系統(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，其功能的實施依賴于不同類型、處于神經系統(tǒng)不同部位細胞之間精準聯(lián)系而形成的神經環(huán)路。神經環(huán)路是聯(lián)系分子細胞功能與整體行為功能之間的橋梁，特定功能神經環(huán)路的研究有利于理解神經環(huán)路的形成與修飾，信息編碼、加工與處理，以及其與行為間關系，從而可更深層次了解腦的工作原理。神經調控是研究神經環(huán)路的一種有效手段，藥物干擾是ー種常規(guī)的神經調控技術，但存在藥物起效時間慢、副作用大的問題；電極刺激是ー種常用的神經調控技術，但刺 激區(qū)域大、缺乏特異性和空間選擇性，限制了它們在神經環(huán)路研究中的應用。光遺傳學技術是ー種新穎的神經調控技術，能夠無損、高時空分辨率、雙向操縱神經元，非常適合研究神經環(huán)路功能、掲示動物行為活動與神經環(huán)路的聯(lián)系和機理。光遺傳學技術是遺傳學技術與光刺激技術結合的產物。從遺傳學技術上來看，已開發(fā)出多種光敏感通道，可方便表達到培養(yǎng)細胞上或活體動物中；從光刺激技術來看，當前的光刺激方法存在局限性，如采用寬場刺激模式，雖可激活或抑制神經元，但它會把整個動物樣品或整個神經環(huán)路激活，無法實現(xiàn)特定細胞或一群細胞選擇性光刺激激活；如采用基于掃描鏡、聲光偏轉器、發(fā)光二極管陣列、空間光調制器、液晶或微反射鏡技術，雖可實現(xiàn)高時空分辨率的刺激激活細胞，但通常必須結合倒置或正置熒光顯微鏡上，只適用于培養(yǎng)細胞、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網絡和調控活體動物的行為活動。這些限制了光遺傳學技術在神經環(huán)路研究中的應用。

發(fā)明內容
基于此，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供ー種研究神經環(huán)路和調控活體動物行為活動的系統(tǒng)，用于研究大的特定功能神經網絡和調控活體動物的行為活動。為解決上述技術問題，本發(fā)明提出了ー種研究神經環(huán)路和調控活體動物行為活動的系統(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；以及成像設備(XD、計算機、接ロ電路、快門控制器、電生理記錄系統(tǒng)和平移臺控制器；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上方；所述成像設備CCD安裝于第一二色鏡上方,所述成像設備CCD的光路與第一二色鏡成45度角，成像設備CCD與被測樣品滿足成像共軛關系，用于細胞可視化和感興趣細胞或區(qū)域的選取。所述計算機連接接ロ電路，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)和平移臺控制器；所述快門控制器連接快門，所述平移臺控制器連接所述ニ維電控平移臺；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像位于筒鏡前焦平面處，經過筒鏡、變倍系統(tǒng)、物鏡，在物鏡前焦平面處獲得一個與體視顯微鏡放大倍數(shù)相關的激光光斑 ’，其尺寸滿足以下關系
權利要求
1.ー種研究神經環(huán)路功能和調控動物行為活動的系統(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；以及成像設備CCD、計算機、接ロ電路、快門控制器、電生理記錄系統(tǒng)和平移臺控制器； 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上方；所述成像設備(XD安裝于第一二色鏡上方,所述成像設備(XD的光路與第一二色鏡成45度角，成像設備CCD與被測樣品滿足成像共軛關系； 所述計算機連接接ロ電路，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)和平移臺控制器；所述快門控制器連接快門，所述平移臺控制器連接所述ニ維電控平移臺，所述電生理記錄系統(tǒng)連接電極。
2.根據權利要求I所述的研究神經環(huán)路功能和調控動物行為活動的系統(tǒng)，其刺激光斑滿足以下關系 , 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.根據權利要求I所述的研究神經環(huán)路功能和調控動物行為活動的系統(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備C⑶之間的切換。
4.根據權利要求1-3之一所述的研究神經環(huán)路功能和調控動物行為活動的系統(tǒng)，其特征在于，所述圓形可調衰減器采用電光晶體或聲光調制器代替，所述電光晶體、聲光調制器分別通過電光晶體控制器、聲光調制器控制器連接計算機。
5.根據權利要求4所述的研究神經環(huán)路功能和調控動物行為活動的系統(tǒng)，其特征在于，所述ニ維電控平移臺包括光柵尺、伺服電機以及反饋回路。
6.ー種研究神經環(huán)路和調控動物行為活動的系統(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；以及成像設備CCD、計算機、接ロ電路、聲光可調諧濾波器控制器、電生理記錄系統(tǒng)和平移臺控制器； 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上方；所述成像設備CCD安裝于第一二色鏡上方,所述成像設備CCD的光路與第一二色鏡成45度角，成像設備CCD與被測樣品滿足成像共軛關系； 所述計算機連接接ロ電路，所述接ロ電路分別連接所述聲光可調諧濾波器控制器、電生理記錄系統(tǒng)和平移臺控制器；所述聲光可調諧濾波器控制器連接所述聲光可調諧濾波器，所述平移臺控制器連接所述ニ維電控平移臺，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諧濾波器之間，還依次放置第二激光器、第三激光器、……第N個激光器以及與之分別對應的第二個二色鏡、第三個二色鏡、 .第N個二色鏡，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個二色鏡分別與第一激光器光軸、第N個激光器光軸成45夾角放置，聲光可調諧濾波器通光孔中心與第一激光器光軸重合。
所述計算機通過接ロ電路、聲光可調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，進而耦合到物鏡中進行光刺激。
7.根據權利要求6所述的研究神經環(huán)路功能和調控動物行為活動的系統(tǒng)，其特征在于，采用濾光片旋轉輪代替所述聲光可調諧濾光器及聲光可調諧濾波器控制器，所述濾光片旋轉輪連接所述計算機，在計算機的控制下實現(xiàn)激光波長切換。
8.根據權利要求6或7所述的研究神經環(huán)路功能和調控動物行為活動的系統(tǒng)，其特征在于，所述ニ維電控平移臺包括光柵尺、伺服電機以及反饋回路。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物、醫(yī)學、神經科學等領域，它公開了一種用于研究神經環(huán)路和調控動物行為的系統(tǒng)，發(fā)明實現(xiàn)了大視野下的細胞可視化和感興趣細胞的選取，同時動態(tài)對放置于快速高精度二維電控平移臺上的動物樣品細胞進行不同模式的快速光刺激，根據記錄的電生理信號或行為特征、以及使用的刺激模式，用于分析所選取的特定神經元投射關系，研究神經元運算、整合過程，進而揭示大的特定神經環(huán)路功能作用，調控動物行為活動。
文檔編號C12M1/42GK102827768SQ201210290630
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權日2012年8月15日
發(fā)明者曾紹群, 劉亞豐, 呂曉華 申請人:華中科技大學