[发明专利]基于微电极阵列的多通道神经信息检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及神经生物学检测技术领域，是一种用以同时检测多个神经元电生理活动以及神经递质变化的检测系统。

背景技术

神经细胞的信息传递由脉冲放电和神经递质(化学物质)共同完成，同时检测电生理信号和神经递质含量变化，籍以研究某些疾病的发病机理、神经信号传递、药物反应等具有重要科学意义和临床价值。同时生物体对于外界事件的响应以及信息处理的每一个过程，都需要涉及许多神经细胞的共同作用，要揭示这其中的复杂机制，必须获得足够数目的神经细胞的电活动信息。传统的电极或单个微电极技术已不能满足临床和科研检测需求。因此对多个脑神经元的电活动和神经递质信息进行同步记录可以为神经科学研究提供一种便利、可靠的信息获取工具，对于神经科学基础研究、神经疾病治疗(如癫痫，帕金森氏症)、脑机接口、高通量药物筛选和安全药理学等领域具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是公开一种基于微电极阵列的多通道神经信息检测系统，通过计算机的软件控制微电极阵列的功能排布，以满足不同实验的要求，并同时检测神经电生理和电化学信号，以解决神经细胞的连续、多通道检测和微弱电生理和电化学信号的检测问题。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种基于微电极阵列的多通道神经信息检测系统，其结合模拟开关阵列实现电极的双向功能切换，并通过电生理信号检测模块和电化学信号检测模块实现神经元的双模多通道同步检测；

多通道神经信息检测系统，包括：中央处理器单元，协处理器单元，模拟开关阵列，温度监测电路，刺激信号产生模块，电生理信号检测模块，电化学信号检测模块，多通道并行采集模块，高速缓存电路，高速USB通信接口，无线蓝牙通讯接口和计算机软件；其中，中央处理器单元连接多通道并行采集模块、高速缓存电路、协处理器单元，并通过高速USB芯片与计算机进行通信；协处理器单元连接无线蓝牙通讯接口、电生理信号检测模块、模拟开关阵列、刺激信号产生模块、电化学检测模块、温度监测电路；模拟开关阵列连接刺激信号产生模块、电化学检测模块、微电极阵列、并通过电生理信号检测模块与并行采集模块电连接；

微电极阵列与温度监测电路电连接。

所述的多通道神经信息检测系统，其所述电极的双向功能，为检测与刺激功能；神经元的双模检测，为电生理和电化学信息检测；电生理信号检测模块包括伪迹消除电路和前置放大器电路，协处理器单元和模拟开关阵列分别与伪迹消除电路连接，伪迹消除电路经前置放大器电路与中央处理器单元连接，通过控制模拟开关阵列的导通状态，以对每个电极的使用功能进行选择。

所述的多通道神经信息检测系统，其所述模拟开关阵列，由计算机软件控制，对微电极阵列所连接的模拟开关阵列进行设置，从而使每个电极选择不同的用途，分别连接到电生理信号检测模块、电化学信号检测模块、刺激信号产生模块，参考或地，由此根据具体的实验要求，方便的更改微电极阵列的功能排布。

所述的多通道神经信息检测系统，其所述电化学检测模块与电生理检测模块配合，通过模拟开关阵列的控制，以选择微电极阵列上的每个电极做电化学检测或做电生理检测，从而实现检测位点设置的电化学信号和电生理信号多通道同步检测。

所述的多通道神经信息检测系统，其所述无线蓝牙通讯接口和协处理器单元相连，计算机直接通过协处理器单元来设置各模块的参数，避免占用USB的带宽，从而增强了系统的响应速度，使得系统在处理庞大数据量的同时，及时响应计算机的指令。

所述的多通道神经信息检测系统，其所述协处理器单元，采用高速32位ARM芯片，通过电化学模块检测神经递质的含量，并协调系统内各模块之间的工作，减轻中央处理器的工作量，提高系统的实时响应速度。

所述的多通道神经信息检测系统，其所述刺激信号产生模块，采用双电源供电的高精度数模转换芯片，实现频率、幅度和波形自定义的双极性电压或电流波形，使刺激后电极上的净电荷为零，降低对神经细胞的损伤，同时避免剩余电荷对电极的电解，延长电极的使用寿命。

所述的多通道神经信息检测系统，其所述双极性电压或电流波形，是采用二选一的多路开关来实现，多路开关由计算机软件进行控制。

所述的多通道神经信息检测系统，其所述温度检测电路，采用灵敏度为0.1℃的微型温度传感器，以实现对离体组织培养环境的准确实时监测，避免由于温度过低或过高带来的组织活性降低。