记录信号的方法技术

本发明专利技术提供记录信号的技术。在本发明专利技术的一个方面，记录信号的方法包括下述步骤。响应所述信号，在聚合物的合成过程中有选择地引入一个或多个差错。记录一个或多个差错在合成的聚合物中的一次或多次出现。聚合物的合成可包括响应所述信号，有选择地引入一个或多个差错的聚合物合成酶。还提供一种分析信号的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号，更具体地说，涉及记录和分析信号的技术。
技术介绍
记录细胞内信号是基因组学、细胞生物学和神经科学领域中数据的关键来源。例如，在基因工程和细胞生物学中，通过监测细胞内关键分子的浓度(concentration)，测量基因表现模式和蛋白质相互作用。在神经科学中，细胞膜两端电压差的记录，或者自由离子的浓度的记录使研究人员可以获得细胞内动作电位的时间模式(1毫秒，100毫伏脉冲)，借助细胞内动作电位，实现大脑中的几乎所有计算。生物组织由各种结构构成，所述各种结构由各种类型的大量细胞构成。例如，神经系统由数十亿的细胞，即神经元组成，神经元利用在解剖学上规定的连接的两端中继的动作电位模式，传递信息。从神经元记录的传统方法涉及用玻璃微电极，在直径约为10～25微米的某点，进入神经元的细胞内空间，放大细胞内部和外部之间的电压差，并利用记录设备记录放大的信号。关于涉及进入神经元的细胞内空间的方法的描述，参见A.L.Hodgkin等的Measurement ofCurent-Voltage Relations in the Membrane of the Giant Axon ofLoligo，J.PHYSIOL.，116，424-448(1952)。访问(access)多个神经元需要使用多个电极，每个电极与一个独立的放大器和记录设备连接。对于从这么小的生物结构记录的机械约束限制了可同时进行的记录的接近性和数目。即使科技进步已扩展了允许记录大量神经元的能力，但是仍然存在约束。目前的技术局限于只能同时记录最多100个神经元。参见J.D.Kralik等的Techniques for Long-Term MultisiteNeuronal Ensemble Recordings in Behaving Animals，25 METHODS，121-51(2001)。为了完整表征生物结构，需要从大量细胞进行记录。这些记录需要进行离线分析，以便确定时间相关性，原因和效果相互作用和电位传递，以及生物结构实现的信息处理策略。由于对目前可能的同时记录的数目的限制，来自不同实验，在不同时间关于不同样本进行的记录被组合，以便进行这些离线分析。不同实施例的组合结果通常会掩盖研究的实验标本任意之一的根本动力，于是，导致例如关于结构的总体功能的不正确结论。另一种分子内记录方法涉及光学方法的应用，其中借助人工引入的分子内荧光团，分子内信号被转换成荧光信号。参见D.Smetters等的Detecting Action potentials in Neuronal Populations withCalcium Imaging，18 METHODS 215-221。这些光学方法解决了同时机械进入多个细胞的细胞内空间的问题，因为利用显微视频记录，记录从荧光照射下的细胞发出的光线。但是，多数生物组织的光散射效应极大，从而当焦平面前进到某一结构内仅仅1毫米时，即使采用最先进的显微技术收集发射光，也不能分辨单个细胞。此外，集光设备的视场和数值孔径限制了能够被成像的结构的大小，从而限制了利用这些方法能够同时记录的细胞的数目。合成了监视细胞信号的嵌合荧光蛋白质。但是，它们并不能克服上面强调的差错。从细胞记录信号的另一种方法涉及功能核磁共振成像(fMRI)或正电子放射层析成像(PET)的应用。这两种方法都可从脑组织的极大区域记录信号。但是，这些方法的空间分辨率局限于毫米级，并且时间分辨率局限于数百毫秒。于是，在更小的单一神经元尺寸，例如小于0.05毫米，以及更短的动作电位时标(time-scale)，例如约1毫秒的条件下，理论上使用这两种方法中的任意一种的动作电位的细胞内记录是不可能的。相反，fMRI和PET成像提供的是从几十万个相邻神经元获得平均信号。虽然这些记录可提供关于脑功能的大量信息，但是它们不能把脑结构分解到单一神经元的水平，从而不能分析这些结构内的神经计算。于是需要一种不存在上述及其它限制，从而能够全面研究生物结构和过程的细胞分析技术。
技术实现思路
本专利技术提供记录信号的技术。在本专利技术的一个方面，包括下述步骤。响应所述信号，在聚合物的合成过程中有选择地引入一个或多个差错。记录一个或多个差错在合成的聚合物中的一次或多次出现。聚合物的合成可包括响应所述信号，有选择地引入一个或多个差错的聚合物合成酶。在本专利技术的另一方面，分析信号的方法包括下述步骤。从多个来源，同时记录多个信号。通过响应所述多个信号，在聚合物的合成过程中，有选择地引入一个或多个差错，并记录一个或多个差错在合成聚合物中的一次或多次出现，记录所述多个信号。比较关于所述多个来源的一个或多个差错的一次或多次记录出现。参考下述详细说明和附图，将更完整地理解本专利技术，以及本专利技术的其它特征和优点。附图说明图1图解说明了根据本专利技术的实施例，记录细胞信号的例证技术。具体实施例方式下面将在记录和分析细胞信号的例证技术的环境中说明本专利技术。但是，本专利技术的教导显然并不局限于和细胞相关的信号，相反还意图包括从其它源，例如非生物源获得的信号。图1图解说明了记录细胞信号的例证技术。如图1中所示，响应细胞信号，在聚合体(polyemer)(本例中为生物聚合物(biopolymer))的合成过程中，可能有选择地引入差错。具体地说，在图1中，存在细胞信号102。细胞信号102可包含表示出特定细胞活动(包括(但不限于)钙浓度，环腺苷酸(cAMP)浓度，环鸟苷酸(cGMP)浓度，电压，pH和包含前述细胞信号至少之一的任意组合)的任意事件。从而，这里使用的术语细胞信号涉及细胞活动的任意指示符。从而，细胞信号102可和细胞活动相关联。例如，当细胞信号102包含钙浓度时，相关联的细胞活动可能是神经冲击(nerve impulse)。在神经冲击期间，当电压选通钙通道打开时，钙浓度升高，这会导致释放把神经冲击从一个神经元传递给另一神经元的神经传递质。这里记录的细胞信号可包括细胞内信号、细胞外信号或者这两者都有。即，这里提供的技术同样适用于记录表示出关于借助体外介质，存在于细胞外，或者独立存在的信号的关联细胞内活动的细胞内信号，在所述体外介质中，人工提供细胞信号和生物聚合物合成前体(precursor)，如下详细所述。合成的生物聚合物，例如生物聚合物104可包含任意生物物质，所述生物物质包含一系列的子单元，借助常规的方法，例如排序技术能够获得其组成，并且可控制和监视其合成。适当的生物聚合物包括生物物质，包括(但不限于)脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、DNA衍生物、RNA衍生物、蛋白质、碳水化合物和包括前述生物聚合物至少之一的组合物。在一个例证实施例中，生物聚合物104包括DNA。在图1中所示的例证实施例中，按照DNA复制的已知方法，利用模板链(template strand)，即生物聚合物106合成生物聚合物104。生物聚合物106也可包含任意生物物质，包括(但不限于)DNA、RNA、DNA衍生物、RNA衍生物、蛋白质、碳水化合物和包括前述生物聚合物至少之一的组合物。从而，生物聚合物104和生物聚合物106是互补物质。但是如图1中所示，把互补物质用于生物聚合物合成，例如复制或转录(transcription)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种记录信号的方法，所述方法包括：响应所述信号，在聚合物的合成过程中有选择地引入一个或多个差错；和记录一个或多个差错在合成的聚合物中的一次或多次出现。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯R科兹洛斯基，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]