本发明专利技术公开了一种大脑神经活动调控和脑信息同步读取系统。记录光源模块通过成像光源发出成像光束经刺激模块；刺激模块通过刺激光源发出刺激光束；信号采集模块接收成像光束和刺激光束，利用植入多模光纤输入到生物体大脑区域的神经元处，对生物体大脑神经活动进行调控并激发神经元产生信号，并采集荧光并返回发送到信号记录模块；信号记录模块接收来荧光转换为电信号。本发明专利技术可以实现单记录功能、单刺激功能、记录刺激同步功能，实现不同的实验范式，保证系统的稳定性，能有效避免高功率的刺激光对成像光和测量信号光的影响，具有实验生物体兼容、磁兼容、可同步刺激和记录、且刺激参数可调的优点。数可调的优点。数可调的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种大脑神经活动调控和脑信息同步读取系统
[0001]本专利技术涉及生物体大脑神经活动的同步检测系统，尤其涉及到一种大脑神经活动调控和脑信息同步读取系统。
技术介绍
[0002]哺乳动物的大脑根据功能的相似性分为许多不同的脑区，每个脑区对应不同类型的神经信息，对大脑各个脑区功能的理解需要基于一定的操控和记录技术。通过对自由活动动物特定脑区的精准调控和相应神经活动的记录，能够帮助更好地理解各个脑区的功能，提供特定行为中相关脑区的功能信息，为进一步理解和治疗相关疾病提供重要的数据和理论支持。
[0003]磁共振成像技术（MRI）和正电子发射型计算机断层显像技术（PET）能够在全脑水平观测由外部各类刺激引起的神经元活动情况。但是这种基于全脑的观测手段缺乏精准的空间分辨率和时间分辨率，很难应用于自由活动生物体实时脑功能的研究，也无法对脑区进行区分。电生理技术利用电、声等能量刺激生物体，并通过植入体内的金属或玻璃电极记录生物体发生的电现象，具有单细胞尺度和高时间精度。但是电极记录易受到电磁和运动干扰，无法进行长时间的记录，且无法实现刺激和记录位点的同步。神经元活动会释放大量钙离子，因此可以通过钙成像追踪神经元动作电位，了解神经元集群的活动。由于生物组织的高散射和高吸收特性，传统光学刺激和钙成像方法（如共聚焦和双光子）无法覆盖大脑皮层以下较深（>1mm）区域。光纤记录技术利用光纤优良的导光能力，提供了一种自由行为生物体神经活动读取和记录方案。光纤探头体积小、柔韧性好、灵敏度高，能够长时间读取并记录相关脑区的神经活动情况。
[0004]目前已有的光纤记录系统无法兼容光刺激调控模块，需要另外引入一根光纤实现光刺激调控功能，导致调控位点和信号读取位点的差异。
技术实现思路
[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种大脑神经活动调控和脑信息同步读取系统，能够在保证信号读取精度的基础上，引入光刺激调控，实现单根光纤的光刺激调控和脑信息同步读取。且本专利技术具有实验生物体兼容、可同步光刺激调控和信号读取记录、且刺激参数可调的优点。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：包括记录光源模块，通过成像光源发出成像光束经刺激模块后到信号采集模块；包括刺激模块，通过刺激光源发出刺激光束到信号采集模块；包括信号采集模块，接收来自记录光源模块的成像光束和来自刺激模块的刺激光束，利用植入多模光纤输入到生物体大脑区域的神经元处，对生物体大脑神经活动进行调控并激发神经元产生信号，实现生物体大脑区域神经信号的实时采集和光源的监测；同时利用多模光纤采集成像光束照射到神经元后产生的荧光并返回发送到信号记录模块；对成
像光束和刺激光束进行耦合调控。
[0007]包括信号记录模块，接收来自信号采集模块的荧光转换为电信号。
[0008]所述的成像光源发出中心波长为473纳米的成像光束，所述的刺激光源发出中心波长为589纳米的刺激光束。
[0009]所述的记录光源模块包括成像光源、第二半波片、第二扫描振镜、第三双胶合透镜、第一反射镜、第四双胶合透镜和第二反射镜；成像光源、第二半波片、第二扫描振镜沿同一直线光轴依次布置，第二扫描振镜、第三双胶合透镜、第一反射镜沿同一直线光轴依次布置，第一反射镜、第四双胶合透镜和第二反射镜沿同一直线光轴依次布置；成像光源发出成像光束，依次经第二半波片偏振旋转、第二扫描振镜反射后，再依次经第三双胶合透镜透射、第一反射镜反射、第四双胶合透镜透射、第二反射镜反射后入射到偏振分光棱镜中，经偏振分光棱镜反射后入射到信号采集模块中。
[0010]所述的刺激模块包括刺激光源、第一半波片、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜、第一扫描振镜、扫描镜、无限远矫正套筒透镜和偏振分光棱镜；激光源、第一半波片、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜、第一扫描振镜沿同一直线光轴依次布置，激光源发出刺激光束，刺激光束依次经第一半波片偏振旋转、由第一双胶合透镜和第二双胶合透镜构成的双胶合透镜组件扩束准直、第一扫描振镜反射后，再依次经扫描镜透射、无限远矫正套筒透镜透射后入射到偏振分光棱镜中，经偏振分光棱镜透射后入射到信号采集模块中。
[0011]所述的信号采集模块包括二向色镜、物镜、第一多模光纤、自校准模块和光电探测器；二向色镜、物镜、第一多模光纤和自校准模块沿同一直线光轴依次布置，刺激光束、成像光束经刺激模块的偏振分光棱镜均入射到二向色镜中发生透射，再经物镜透射汇聚后入射到第一多模光纤的一端，第一多模光纤另一端和自校准模块的输入端连接，自校准模块的输出端有两个，两个输出端分别连接光电探测器和生物体大脑区域的神经元，透射后的刺激光束、成像光束经自校准模块分别入射到光电探测器和生物体大脑区域的神经元；所述的自校准组件包括1x2熔融光纤耦合器、第二多模光纤和第三多模光纤；1x2熔融光纤耦合器的一集束端作为自校准组件的输入端和第一多模光纤另一端连接，1x2熔融光纤耦合器的两个分支端分别经第二多模光纤、第三多模光纤与光电探测器、生物体大脑区域的神经元连接。
[0012]所述的信号记录模块包括滤光片、第五双胶合透镜和相机；滤光片、第五双胶合透镜和相机沿同一直线光轴依次布置，从信号采集模块过来的荧光依次经滤光片滤光、第五双胶合透镜会聚后入射到相机中，被相机探测采集。
[0013]所述的第一多模光纤、第二多模光纤、第三多模光纤的光纤端面设计有8度斜面并增加光学镀膜。
[0014]还包括振镜控制器，分别和记录光源模块的第二扫描振镜、刺激模块的第一扫描振镜、信号采集模块的光电探测器电连接，振镜控制器实时采集光电探测器探测到的电信号，对记录光源模块的第二扫描振镜、刺激模块的第一扫描振镜的工作进行反馈调整。最终实现对成像光束和刺激光束进行耦合调控。
[0015]在垂直于信号采集模块的物镜所在光轴作探测面，探测面上建立相互垂直正交的x方向和y方向：所述的第一扫描振镜对x方向进行调节，用于对刺激光束进行x方向偏转，实现不
同频率和时间的光刺激；所述的第二扫描振镜对x方向和y方向进行调节，用于对刺激光束进行x方向和y方向偏转，实现光成像。
[0016]由第一扫描振镜的两种不同状态on、off切换结合第二扫描振镜的两种不同状态on、off切换，构建系统的三种不同模式：模式一、单记录模式控制第一扫描振镜在状态off下且第二扫描振镜在状态on下，控制光电探测器间隔采样获得成像光束的较低强度的光强信号，相机实时保持持续采集图像；模式二、单刺激模式控制第一扫描振镜在状态on下且第二扫描振镜在状态off下，控制光电探测器间隔采样获得刺激光束的较高强度的光强信号，相机不工作不采集图像；模式三、记录刺激同步模式控制第一扫描振镜在状态on下且第二扫描振镜在状态on下，控制光电探测器间隔采样，交替获得成像光束较低强度的光强信号和刺激光束较高强度的光强信号，相机实时保持持续采集图像。
[0017]本专利技术成像光束和刺激光束由于波长差异引入的色差，由于光束不完全配准引入物镜后聚焦点位置差异，通过对扫描振镜施加偏转本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大脑神经活动调控和脑信息同步读取系统，其特征在于：包括记录光源模块，通过成像光源发出成像光束经刺激模块后到信号采集模块；包括刺激模块，通过刺激光源发出刺激光束到信号采集模块；包括信号采集模块，接收来自记录光源模块的成像光束和来自刺激模块的刺激光束，利用植入多模光纤输入到生物体大脑区域的神经元处，对生物体大脑神经活动进行调控并激发神经元产生信号，实现生物体大脑区域神经信号的实时采集和光源的监测；同时利用多模光纤采集成像光束照射到神经元后产生的荧光并返回发送到信号记录模块；包括信号记录模块，接收来自信号采集模块的荧光转换为电信号。2.根据权利要求1所述的一种大脑神经活动调控和脑信息同步读取系统，其特征在于：所述的成像光源发出中心波长为473纳米的成像光束，所述的刺激光源发出中心波长为589纳米的刺激光束。3.根据权利要求1所述的一种大脑神经活动调控和脑信息同步读取系统，其特征在于：所述的记录光源模块包括成像光源（8）、第二半波片（9）、第二扫描振镜（10）、第三双胶合透镜（11）、第一反射镜（12）、第四双胶合透镜（13）和第二反射镜（14）；成像光源（8）、第二半波片（9）、第二扫描振镜（10）沿同一直线光轴依次布置，第二扫描振镜（10）、第三双胶合透镜（11）、第一反射镜（12）沿同一直线光轴依次布置，第一反射镜（12）、第四双胶合透镜（13）和第二反射镜（14）沿同一直线光轴依次布置；成像光源（8）发出成像光束，依次经第二半波片（9）偏振旋转、第二扫描振镜（10）反射后，再依次经第三双胶合透镜（11）透射、第一反射镜（12）反射、第四双胶合透镜（13）透射、第二反射镜（14）反射后入射到偏振分光棱镜（15）中，经偏振分光棱镜（15）反射后入射到信号采集模块中。4.根据权利要求1所述的一种大脑神经活动调控和脑信息同步读取系统，其特征在于：所述的刺激模块包括刺激光源（1）、第一半波片（2）、第一双胶合透镜（3）、第二双胶合透镜（4）、第一扫描振镜（5）、扫描镜（6）、无限远矫正套筒透镜（7）和偏振分光棱镜（15）；激光源（1）、第一半波片（2）、第一双胶合透镜（3）、第二双胶合透镜（4）、第一扫描振镜（5）沿同一直线光轴依次布置，激光源（1）发出刺激光束，刺激光束依次经第一半波片（2）偏振旋转、由第一双胶合透镜（3）和第二双胶合透镜（4）构成的双胶合透镜组件扩束准直、第一扫描振镜（5）反射后，再依次经扫描镜（6）透射、无限远矫正套筒透镜（7）透射后入射到偏振分光棱镜（15）中，经偏振分光棱镜（15）透射后入射到信号采集模块中。5.根据权利要求1所述的一种大脑神经活动调控和脑信息同步读取系统，其特征在于：所述的信号采集模块包括二向色镜（16）、物镜（17）、第一多模光纤（18）、自校准模块和光电探测器（22）；二向色镜（16）、物镜（17）、第一多模光纤（18）和自校准模块沿同一直线光轴依次布置，刺激光束、成像光束经刺激模块的偏振分光棱镜（15）均入射到二向色镜（16）中发生透射，再经物镜（17）透射汇聚后入射到第一多模光纤（18）的一端，第一多模光纤（18）另一端和自校准模块的...
【专利技术属性】
技术研发人员：斯科，朱玥，龚薇，
申请(专利权)人：良渚实验室，
类型：发明
国别省市：
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