一种三色多通道光纤脑信息记录系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三色多通道光纤脑信息记录系统。包括照明光源模块、光束整形耦合模块和脑信息探测记录模块，照明光源模块提供三种不同光谱范围的激发单色光，光束整形耦合模块调整三种激发单色光的光束尺寸并传输到大脑的目标神经元，接收三种激发单色光入射到目标神经元上后对应产生的光，脑信息探测记录模块采集目标神经元上对应产生的光获得带有大脑目标神经元信息的光信号。本发明专利技术利用三种光谱范围的激发单色光被耦合在同一根多通道光纤中，激发神经细胞产生的三种数据信号同样通过同一根所述多通道光纤被传输和收集，解决实验范式受限和实验数据精度不足的问题，可实现对自由活动生物的大规模神经元动力学长时间的检测和记录，更加高效，适用丰富广泛。适用丰富广泛。适用丰富广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种三色多通道光纤脑信息记录系统


[0001]本专利技术涉及医疗健康领域的神经信号领域的一种脑信息记录系统，特别涉及一种三色多通道光纤脑信息记录系统。

技术介绍

[0002]神经科学研究的基本目标是确定神经元整体回路活动与行为和病理之间的关系。长期以来，为了刺激并接收神经元的反馈，电生理技术几乎是唯一的方法，但它又存在不能精准识别并记录特定细胞的缺陷。
[0003]光遗传学由于它在空间和时间上的准确性，被广泛应用于大脑的学习、感觉、认知和动作研究。其中，光纤光度法提供了最灵敏、最简单的方法来刺激并记录动物深部大脑的神经元活动，多模光纤既能传输神经编码的刺激光，又能收集神经解码的荧光反馈，但多模光纤较小的尺寸限制了神经元编码解码的区域范围，因为动物的某些行为是整个大脑神经元网络综合作用的结果。目前，可用于评估动物大规模神经动力学的技术仍然有限。
[0004]对于记忆、焦虑、睡眠等复杂行为，是由不同大脑区域的神经元在执行特定任务期间做出的协调反应，需要不同类型的细胞或不同脑区的同步记录。
[0005]现有技术缺少了针对不同类型的细胞或不同脑区的同步记录的手段和系统。

技术实现思路

[0006]为此，为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的一个目的在于提出一种三色多通道光纤脑信息记录系统，以解决传统光纤记录系统无法进行多脑区同步记录和多色同步记录导致的实验范式受限和实验数据精度不足的问题，丰富了生物脑信息活动记录的实验范式并提高了实验数据的准确性，也解决了多模光纤较小的尺寸限制了神经元编码解码的区域范围的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：包括照明光源模块，用于提供三种不同光谱范围的激发单色光；包括光束整形耦合模块，用于耦合并调整三种激发单色光的光束尺寸并传输到大脑的目标神经元，用于接收三种激发单色光入射到目标神经元上后对应产生的光；包括脑信息探测记录模块，用于采集激发单色光入射到目标神经元上后对应产生的光获得带有大脑目标神经元信息的光信号。
[0008]所述照明光源模块包括三组激光组件，每组激光组件包括一个激光器和一个衰减片；一组激光组件在光束整形耦合模块中对应设置一个二向色镜，激光组件中的激光器、衰减片和对应的二向色镜沿光轴依次布置，衰减片放置在激光器与二向色镜之间且与光轴呈3
°
角放置，二向色镜与光轴呈45
°
放置；激光器发出激发单色光，经衰减片衰减处理后入射到二向色镜中。
[0009]所述激发单色光包括三种，三组激光组件对应三种不同波长的激发单色光，分别为波长405 nm的紫光、波长473 nm的蓝光和波长570 nm的黄光；以波长405 nm的紫光作为
基准光，以波长473 nm的蓝光和波长570 nm的黄光作为成像光。即三组激光组件中，一种采用波长405 nm的紫光光源，一种采用波长473 nm的蓝光光源，一种采用波长570 nm的黄光光源。
[0010]所述光束整形耦合模块，包括望远镜、物镜、多通道光纤和多个二向色镜，照明光源模块输出过来的不同光束入射到不同的二向色镜，经不同的二向色镜汇聚成一束同光轴的光路，再依次经望远镜、物镜透射后入射到多通道光纤的一端中，多通道光纤另一端入射到目标神经元。
[0011]所述的多通道光纤采用多根光纤以环形分布集中成一束构成，光纤靠近物镜的一端为耦合端，耦合端正对物镜放置，且各根光纤的耦合端安装在三维调节架上，通过三维调节架调节耦合端位于物镜的焦平面处；光纤靠近目标神经元的一端为探测端，不同光纤的探测端固定在不同目标神经元上。
[0012]多根光纤的光路光轴均平行，在本专利技术的系统中不交叉，在最终探测器上的获得的各个光束的光斑相互独立不交叉。
[0013]不同目标神经元为实验体的不同脑区或不同实验体的相同或者不同脑区。
[0014]所述的望远镜为光学4F系统，用于将照明光源模块输出过来的光束的光斑尺寸调整为耦合到多通道光纤的尺寸。
[0015]所述的物镜将所述望远镜调整光斑后的光束投影入射到多通道光纤中，以均匀照明的方式实现三色多通道的同时耦合。
[0016]所述脑信息探测记录模块包括：光传输元件，用于接收来自光束整形耦合模块传输过来的激发单色光入射到目标神经元上后对应产生的光，进而传输到探测器中；且通过光传输元件的设置将不同波长的激发单色光对应产生的带有大脑目标神经元信息的光沿同一光路入射传输到探测器中；所述的光传输元件包括二向色镜、反射镜等。
[0017]滤光片，用于光传输元件传输光过程中隔离激发单色光和其他噪声，筛选出所需的荧光后获得带有大脑目标神经元信息的光信号传输到探测器；探测器，用于采集带有大脑目标神经元信息的光信号形成图像；采集卡，用于将探测器记录的图像依据光谱范围和通道位置进行数字化处理，得到三色多通道脑信息记录数据；信号显示记录单元，用于将探测器采集的图像进行直观化显示，并对三色多通道脑信息记录数据进行记录。
[0018]所述的探测器为半导体氧化物相机，半导体氧化物相机记录的图片同时保存位置与强度信息，实现不同通道的脑信息数据记录。
[0019]本专利技术利用三台激光器提供三种颜色的激发单色光，利用五片二向色镜通过特定的波长匹配，层层选通，共同实现三种激发单色光的合束，并同时将两种波长的脑信息数据导入到探测器光路。其中一路光源用于对呼吸、运动噪声的去除，其他两路光源完成两种荧光信号的同时记录，实现对大脑同一区域不同神经元集群的实时监控。
[0020]在多脑区信号同时检测时，对每个通道的光学参数，特别是功率稳定性的要求极高，要保证每根光纤出光功率的严格一致。本专利技术采用的多通道光纤中各根光纤采用环形布置，避免因光束横向分布不均匀导致的光纤出光不一致。并将三色激发光利用均匀照明
的方式耦合到多通道光纤中，激发单色光激发的信号数据通过同一根多通道光纤传输和收集。
[0021]本专利技术利用望远镜系统，根据选用的光纤束尺寸，将光斑尺寸进行调整，方便进行不同光纤束的匹配。
[0022]本专利技术中，脑信息活动用动物神经元活动的钙离子浓度变化表征，通过探测器将信号数据采集并转存；多种成像波长可满足不同位置、不同种类、不同场景的记录要求，其中多种颜色可互相对照来排除光纤和实验的信号噪声，多个光纤通道也可以满足单只实验体大范围脑区记录和不同实验体的同时记录要求，从而实现对自由活动动物脑信息长时间的监测和记录，更加高效，适用的实验范式和医疗应用更加丰富。
[0023]本专利技术的有益效果是：本专利技术利用三种光谱范围的激发单色光被耦合在同一根多通道光纤中，激发神经细胞产生的三种数据信号同样通过同一根所述多通道光纤被传输和收集。荧光信号可表征神经元活动的钙离子浓度信息，通过探测器将信号收集并记录；多种激发波长可满足不同位置、不同种类、不同场景的记录要求，多波长数据可互相对照来排除光纤和实验的信号噪声，多个光纤通道也可以满足单实验体大范围脑区记录和多实验体的同时记录要求，从而实现对自由活动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三色多通道光纤脑信息记录系统，其特征在于：包括照明光源模块，用于提供三种不同光谱范围的激发单色光；包括光束整形耦合模块，用于耦合并调整三种激发单色光的光束尺寸并传输到大脑的目标神经元，用于接收三种激发单色光入射到目标神经元上后对应产生的光；包括脑信息探测记录模块，用于采集激发单色光入射到目标神经元上后对应产生的光获得带有大脑目标神经元信息的光信号。2.根据权利要求1所述的一种三色多通道光纤脑信息记录系统，其特征在于：所述照明光源模块包括三组激光组件，每组激光组件包括一个激光器和一个衰减片；一组激光组件在光束整形耦合模块中对应设置一个二向色镜，激光组件中的激光器、衰减片和对应的二向色镜沿光轴依次布置，衰减片放置在激光器与二向色镜之间且与光轴呈3
°
角放置，二向色镜与光轴呈45
°
放置；激光器发出激发单色光，经衰减片衰减处理后入射到二向色镜中。3.根据权利要求1所述的一种三色多通道光纤脑信息记录系统，其特征在于：所述激发单色光包括三种，三组激光组件对应三种不同波长的激发单色光，分别为波长405 nm的紫光、波长473 nm的蓝光和波长570 nm的黄光；以波长405 nm的紫光作为基准光，以波长473 nm的蓝光和波长570 nm的黄光作为成像光。4.根据权利要求3所述的一种三色多通道光纤脑信息记录系统，其特征在于：所述光束整形耦合模块，包括望远镜、物镜、多通道光纤和多个二向色镜，照明光源模块输出过来的不同光束入射到不同的二向色镜，经不同的二向色镜汇聚成一束同光轴的光路，再依次经望远镜、物镜透射后入射到多通道光纤的一端中，多通道光纤另一端入射到目标神经元。5.根据权利要求4所述的一种三色多通道光纤脑信息记录系统，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科，杜吉超，龚薇，朱玥，
申请(专利权)人：良渚实验室，
类型：发明
国别省市：