专利名称：一种研究神经环路功能和调控动物行为活动的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物学、神经科学、医学等领域，尤其涉及光遗传学技术应用领域。
背景技术：
人类大脑由近千亿个神经细胞组成，神经元之间通过突触形成网络，彼此联络，传递信息，形成感觉、运动等系统，每个系统又可分为若干子系统，如感觉中的视觉、嗅觉、听觉、味觉及体表触觉等，其功能的实施依赖于不同类型、处于神经系统不同部位细胞之间精准联系而形成的神经环路。神经环路是联系分子细胞功能与整体行为功能之间的桥梁，特定功能神经环路的研究有利于理解神经环路的形成与修饰，信息编码、加工与处理，以及其与行为间关系，从而可更深层次了解脑的工作原理。神经调控是研究神经环路的一种有效手段，药物干扰是ー种常规的神经调控技术，但存在药物起效时间慢、副作用大的问题；电极刺激是ー种常用的神经调控技术，但刺 激区域大、缺乏特异性和空间选择性，限制了它们在神经环路研究中的应用。光遗传学技术是ー种新颖的神经调控技术，能够无损、高时空分辨率、双向操纵神经元，非常适合研究神经环路功能、掲示动物行为活动与神经环路的联系和机理。光遗传学技术是遗传学技术与光刺激技术结合的产物。从遗传学技术上来看，已开发出多种光敏感通道，可方便表达到培养细胞上或活体动物中；从光刺激技术来看，当前的光刺激方法存在局限性，如采用宽场刺激模式，虽可激活或抑制神经元，但它会把整个动物样品或整个神经环路激活，无法实现特定细胞或一群细胞选择性光刺激激活；如采用基于扫描镜、声光偏转器、发光二极管阵列、空间光调制器、液晶或微反射镜技术，虽可实现高时空分辨率的刺激激活细胞，但通常必须结合倒置或正置荧光显微镜上，只适用于培养细胞、脑切片的光刺激激活，存在光刺激范围小，不适合研究大的神经网络和调控活体动物的行为活动。这些限制了光遗传学技术在神经环路研究中的应用。
发明内容
基于此，本发明所要解决的技术问题是提供ー种研究神经环路和调控活体动物行为活动的系统，用于研究大的特定功能神经网络和调控活体动物的行为活动。为解决上述技术问题，本发明提出了ー种研究神经环路和调控活体动物行为活动的系统，其特征在于，包括依次摆放的第一激光器、快门、圆形可调衰减器、耦合透镜、单模光纤、成像透镜、第一二色镜、棱镜、筒镜、变倍系统、物镜、ニ维电控平移台；以及成像设备(XD、计算机、接ロ电路、快门控制器、电生理记录系统和平移台控制器；所述第一激光器、快门、耦合透镜、单模光纤、成像透镜的光轴重合，单模光纤入射端面位于耦合透镜后焦平面处，单模光纤输出端面位于成像透镜的一倍焦距之外；第一二色镜分别与成像透镜光轴、筒镜光轴成45度夹角放置，所述棱镜位于筒镜与第一二色镜之间，所述变倍系统安装在所述筒镜与物镜之间，所述物镜安装于所述ニ维电控平移台上方；所述成像设备CCD安装于第一二色镜上方,所述成像设备CCD的光路与第一二色镜成45度角，成像设备CCD与被测样品满足成像共轭关系，用于细胞可视化和感兴趣细胞或区域的选取。所述计算机连接接ロ电路，所述接ロ电路分别连接所述快门控制器、电生理记录系统和平移台控制器；所述快门控制器连接快门，所述平移台控制器连接所述ニ维电控平移台；所述电生理记录系统连接电极。单模光纤出射端面处激光光斑通过成像透镜所成实像位于筒镜前焦平面处，经过筒镜、变倍系统、物镜，在物镜前焦平面处获得一个与体视显微镜放大倍数相关的激光光斑 ’，其尺寸满足以下关系
权利要求
1.ー种研究神经环路功能和调控动物行为活动的系统，其特征在于，包括依次摆放的第一激光器、快门、圆形可调衰减器、耦合透镜、单模光纤、成像透镜、第一二色镜、棱镜、筒镜、变倍系统、物镜、ニ维电控平移台；以及成像设备CCD、计算机、接ロ电路、快门控制器、电生理记录系统和平移台控制器； 所述第一激光器、快门、耦合透镜、单模光纤、成像透镜的光轴重合，单模光纤入射端面位于耦合透镜后焦平面处，单模光纤输出端面位于成像透镜的一倍焦距之外；第一二色镜分别与成像透镜光轴、筒镜光轴成45度夹角放置,所述棱镜位于筒镜与第一二色镜之间，所述变倍系统安装在所述筒镜与物镜之间，所述物镜安装于所述ニ维电控平移台上方；所述成像设备(XD安装于第一二色镜上方,所述成像设备(XD的光路与第一二色镜成45度角，成像设备CCD与被测样品满足成像共轭关系； 所述计算机连接接ロ电路，所述接ロ电路分别连接所述快门控制器、电生理记录系统和平移台控制器；所述快门控制器连接快门，所述平移台控制器连接所述ニ维电控平移台，所述电生理记录系统连接电极。
2.根据权利要求I所述的研究神经环路功能和调控动物行为活动的系统，其刺激光斑满足以下关系 , a CO —--COi, M-/3 ' 其中a为成像透镜的垂轴放大率，M为变倍系统的放大倍数，P为物镜的放大倍数，wO为单模光纤出射端面激光光斑直径。
3.根据权利要求I所述的研究神经环路功能和调控动物行为活动的系统，还包括目镜，所述目镜位于所述棱镜组的斜上方，所述棱镜的位置能够平移，用于样品反射光在目镜与成像设备C⑶之间的切換。
4.根据权利要求1-3之一所述的研究神经环路功能和调控动物行为活动的系统，其特征在于，所述圆形可调衰减器采用电光晶体或声光调制器代替，所述电光晶体、声光调制器分别通过电光晶体控制器、声光调制器控制器连接计算机。
5.根据权利要求4所述的研究神经环路功能和调控动物行为活动的系统，其特征在于，所述ニ维电控平移台包括光栅尺、伺服电机以及反馈回路。
6.ー种研究神经环路和调控动物行为活动的系统，其特征在于包括依次摆放的第一激光器、声光可调谐滤波器、稱合透镜、单模光纤、成像透镜、第一二色镜、筒镜、变倍系统、物镜、ニ维电控平移台；以及成像设备CCD、计算机、接ロ电路、声光可调谐滤波器控制器、电生理记录系统和平移台控制器； 所述第一激光器、耦合透镜、单模光纤、成像透镜的光轴重合，单模光纤入射端面位于耦合透镜后焦平面处，单模光纤输出端面位于成像透镜的一倍焦距之外；第一二色镜分别与成像透镜光轴、筒镜光轴成45度夹角放置，所述棱镜位于筒镜与第一二色镜之间，所述变倍系统安装在所述筒镜与物镜之间，所述物镜安装于所述ニ维电控平移台上方；所述成像设备CCD安装于第一二色镜上方,所述成像设备CCD的光路与第一二色镜成45度角，成像设备CCD与被测样品满足成像共轭关系； 所述计算机连接接ロ电路，所述接ロ电路分别连接所述声光可调谐滤波器控制器、电生理记录系统和平移台控制器；所述声光可调谐滤波器控制器连接所述声光可调谐滤波器，所述平移台控制器连接所述ニ维电控平移台，所述电生理记录系统连接电极； 所述第一激光器与声光可调谐滤波器之间，还依次放置第二激光器、第三激光器、……第N个激光器以及与之分别对应的第二个二色镜、第三个二色镜、 .第N个二色镜，所述第二二色镜分别与第一激光器光轴、第二激光器光轴成45度夹角放置,第三二色镜分别与第一激光器光轴、第三激光器光轴成45度夹角放置，……第N个二色镜分别与第一激光器光轴、第N个激光器光轴成45夹角放置，声光可调谐滤波器通光孔中心与第一激光器光轴重合。
所述计算机通过接ロ电路、声光可调谐滤光器控制器选取需要的激光波长，并通过耦合透镜耦合到单模光纤中，进而耦合到物镜中进行光刺激。
7.根据权利要求6所述的研究神经环路功能和调控动物行为活动的系统，其特征在于，采用滤光片旋转轮代替所述声光可调谐滤光器及声光可调谐滤波器控制器，所述滤光片旋转轮连接所述计算机，在计算机的控制下实现激光波长切換。
8.根据权利要求6或7所述的研究神经环路功能和调控动物行为活动的系统，其特征在于，所述ニ维电控平移台包括光栅尺、伺服电机以及反馈回路。
全文摘要
本发明涉及生物、医学、神经科学等领域，它公开了一种用于研究神经环路和调控动物行为的系统，发明实现了大视野下的细胞可视化和感兴趣细胞的选取，同时动态对放置于快速高精度二维电控平移台上的动物样品细胞进行不同模式的快速光刺激，根据记录的电生理信号或行为特征、以及使用的刺激模式，用于分析所选取的特定神经元投射关系，研究神经元运算、整合过程，进而揭示大的特定神经环路功能作用，调控动物行为活动。
文档编号C12M1/42GK102827768SQ201210290630
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月15日 优先权日2012年8月15日
发明者曾绍群, 刘亚丰, 吕晓华 申请人:华中科技大学