利用神经元样本中重复性电活动的分析进行精神活性物质的体外检测和表征的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通过在向体外神经元组织样本导入候补样本前后检测细胞外电压的振荡来检测体外神经元组织样本内的精神活性化合物的方法，以及用于实施该方法的装置。细胞外电压参数的分析产生对候补样本内存在精神活性物质的指示和有关其药理学活性和／或成分的信息。此外，本发明专利技术涉及在体外样本内激发并维持重复性神经活动的存在的方法。另外，本发明专利技术包括：通过导入能促进或模拟乙酰胆碱、５－羟色胺或儿茶酚胺作用的促进成分诸如卡巴胆碱，或通过使体外神经样本遭受电刺激作用，来刺激或激发体外神经元组织样本内的重复性神经活动、例如ＥＥＧ的方法。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及检测体外神经元组织样本中的精神活性化合物的方法，其优选通过在将候补样本引入体外神经元组织样本中之前和之后检测细胞外电压的振荡来实施，本专利技术也涉及实现该方法的装置。对细胞外电压参数的分析产生对候补样本中存在精神活性物质的指示和有关它的药理学活性和化合物的信息。此外，本专利技术包括在体外样本中引发和维持重复性神经元活动存在的过程。另外，本专利技术包括通过在体外神经元组织样本中引入刺激成分来刺激或引发重复性神经元活动、例如EEG的方法，其中所述刺激成分包括能促进或模仿乙酰胆碱、5-羟色胺或儿茶酚胺作用的化合物，例如卡巴胆碱。
技术介绍
将小型哺乳动物海马中有节律的活动归入三个频带进行描述4-10Hz(θ)，10-30Hz(β)，和30Hz(γ)以上(Traub等人，1998；1999一个近期讨论)。迄今为止，其中研究最多的是θ，θ与其它情况中的运动活性(Vanderwolf，1969)和记忆编码有关(Landfield等人，1972；Vertes and Kocsis，1997)。根据后一观点，在θ与长期强化之间存在密切关系(Larson和Lynch，1986；Larson等人，1986；1993)，这可能是某种记忆形式的基质。近来较高频率节律的功能关联已成为值得关注的兴趣主题。γ活性首先在嗅觉系统进行了分析(Freeman，1975早期评论)，其结论是，它使得气味到来之前，在嗅球、梨形皮层和内嗅区皮层之间发生联接(Kay和Freeman，1998)。在暗示表达过程中，在视觉皮层内也出现活动归入γ范围(Gray和Singer，1989)，其中建议使细胞与不同的接受域瞬时同步。依照该假说，同步作用使暗示的多个特征组合成相干表达(Singer，1998评论)。在讨论高频海马活动时β节律通常不能与γ波区别开，尽管它们可以在海马切片中被选择性地诱导(Boddeke等人，1997)。在任何情况下，高频同步对端脑皮层中的相关操作非常必要这一观点的越来越多的证据强调确定造成β和γ振荡的通路和神经递质系统的重要性。上行胆碱能投射作用提高了包括β和γ范围内的那些内源性振荡。尽管早期研究(Stumpf，1965)已经发现胆碱能阻断剂和隔膜病变(septallesion)不会有明显影响，但后来的研究显示，自由运动的小鼠中快波会被胆碱酯酶抑制剂毒扁豆碱增强，并会被拮抗剂显著降低(Leung，1985)。对海马或内嗅区切片的胆碱能刺激通常描述为引发几秒钟长的θ样活动的发作(Konopacki等人，1987；Mac Vicar和Tse，1989；Dickson和Alonso，1997；Williams和Kauer，1997)，但近期实验表明它也可以在皮层和海马切片中触发高频节律(20-40Hz)(Boddeke等人，1997；Fisahn等人，1998)。胆碱能海马隔纤维使海马系统的离散区域受神经支配(Lewis和Shute，1967；Mosko等人，1973；Frotscher和leranth，1985；Matthews等人，1987)，其中它们接触到中间神经元的亚群体并选择主细胞的树突区(Mosko等人，1973；Lynch等人，1978；Matthew等人，1987)。毒蕈碱受体的刺激去极化锥体细胞，抑制从某些中间神经元的释放，并提高其它方面的兴奋性(Pitler和Alger，1992；Behrends和Bruggencate，1993)。体外和体内的组合结果产生以下建议在端脑皮层内，乙酰胆碱在产生高频活动方面起重要作用。胆碱能驱动的高频节律如何影响皮层运转取决于它们是否是区域性专有和它们是怎样产生的。已经报道卡巴胆碱引发的振荡是在内嗅区皮层(Dickson和Alonso，1997)和海马(Fisahn等人，1998)内的有限位置产生的，但更为普遍的答案是需要在内嗅区海马系统的宽阔区域上进行系统化的映射。本专利技术利用新近引入的装置(Oka等人，1999)同时从64个位点进行记录，以便为海马皮层内胆碱能引发的高频节律中的起源和区域变化寻址。除这些信源的位置以外，我们还发现可以利用各种数学工具研究振荡自身，以便确定精神活性物质的存在，在至少某些情况下可以识别并表示精神活性物质的药理学活性或成分的特性。上面没有一篇文件利用了体外样本中发现的高频振荡来表示精神活性物质的存在、药理学活性或成分的特性。专利技术概述在此本专利技术的方法包括检测体外神经元组织样本中精神活性化合物的药理学活性特征，以及确定其成分的方法。联合的本专利技术的方法是，通过加入一种成分在不同的刺激引发和刺激重复性神经活动的方法，所述成分能刺激细胞外电压的振荡、或利用神经元组织的共植点、或利用电刺激模式刺激神经元样本。通常，检测体外神经元组织样本中精神活性化合物的优选方法包括引发、然后检测组织样本中存在的振荡，并提供这些振荡的基线值的步骤。完成这些检测后，使体外样本与精神活性化合物或几种化合物的候补样本接触。然后在引入候补样本的同时(或在这之后)测量振荡，例如EEG波。然后处理两组振荡数据，分别产生两组所谓的“计算值”。然后比较两组计算值，使得可检出并表达样本中应当存在的一种或多种精神活性化合物的药理学活性的特征，并确定其成分，表达其特性。各种振荡通常是在细胞外电压中发现的振荡。例如，它们可以是θ、β或γEEG波。理想的是使用多电极盘(“MED”)，以便可以同时或先后对神经元样本上大量不同活动或较少的活动位点进行采样。利用MED可以测量并计算空间关系；既可以测量又可以计算神经的振荡值。MED的多电极特性也可以测量和鉴定给定神经元样本内的区域特异效果。细胞外电压振荡的适当数学分析法包括对单个空间点处测得的振荡进行快速傅立叶变换(FFT)，以便放大单点测量前后在振幅和频率上的差别。类似地，可对在一个阵列中获得的作为时间函数的细胞外电压振荡序列进行电流信源密度(CSD)分析，以产生并描述体外神经元组织样本内的电流流动特性曲线。本专利技术的另一部分包括利用化学或解剖学成分以及电刺激模式，所述电刺激模式易于在体外神经元组织样本内刺激或引起重复性神经元活动。这些成分可以是能模仿或促进乙酰胆碱、5-羟色胺或儿茶酚胺活动的化合物。它们可以是共沉积的神经元组织。它们可以是类胆碱能化合物。最理想的化合物是卡巴胆碱。也可以使用电刺激。本专利技术包括各种检测药理学活性并表示其特性，以及确定精神活性待测化合物成分的方法。鉴别这些待测化合物的许多方法都包括在本专利技术的方法内。附图简述附图描述并解释了本专利技术的原理。它们并不会以任何方式限制本专利技术的范围。附图说明图1在描述测得的低分辩率图象中描述了“混叠”现象。图2描述了抗混叠的效果。图3A和3B分别表示在8×8检测器阵列上的海马切片方位和一个电极上引出的突触后反应。图4显示对由图3A和3B中海马切片的方位算出的诱发反应进行的连续二维电流信源密度分析。图5A和5B表示利用公知解剖学结构计算的生理学现象排列。图6A到6E表示海马切片的显微图和海马内卡巴胆碱引发的β波分布。图7A-7C表示利用密集微电极阵列测得的海马中卡巴胆碱引发的β波。图8表示对图7A所示海马切片进行的卡巴胆碱引发活动的电流信源密度分析。图9A和9B表示顶部树突与基部树突中复现的卡巴胆碱引发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测体外神经元组织样本中精神活性化合物的方法，它包括：ａ）将在所述体外神经元组织样本内的细胞外电位的振荡与基线作比较，评价所述振荡与所述基线之间的差值，其中该组织样本已与精神活性化合物的候补样本接触，以及ｂ）根据所述振荡与所述基 线之间的差值检测所述候补样本成分内存在或不存在精神活性化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G林克，竹谷诚，下野健，杉原宏和，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：JP[日本]