[发明专利]微电极推进装置及其方法

说明书

技术领域

本发明为一种手动微电极推进器，用于清醒状态下自由活动的大壁虎脑内微电极进给。

背景技术

外界事物的信息在大脑中是如何被编码和传输的，一直是脑科学中的一个重要研究课题。神经信息的编码问题是神经系统的基本问题。事物的信息是由神经元集群编码的，采用集群编码有利于神经信息表达的稳定性和精确性，并且通过组合可以产生比神经元数目多的不同表示，从而提高了神经系统的表达能力。研究表达集群中多个神经元相互关系的高阶特性进而发展其他更为有效的编码模式是具有发展前景的课题。

神经元之间的时空编码模式，确定运动相关的脑区的脑电信号与运动行为的相关性，以及外界输入刺激信号条件下动物运动行为的变化等等一系列研究均需把微电极准确地置入预定的部位。目前被运用到动物信息采集的微驱动的基本驱动有三种：液压驱动，齿轮传动，螺杆机构。Ranck（Ranck J.R. Brain Unit Activity During Behavior. 1973:76-79.）是最早运用螺杆机构的人之一。他的微驱动包括两个螺钉，一个装在另一个的中空的腔中。外面的螺钉把微驱动粘附在动物的大脑上，里面的螺钉用于固定微电极。当里面的螺钉旋转时微电极也随之旋转。这种微电极推进器结构比较粗糙，且只能进行单电极的推进。

第四军医大学唐都医院的王举磊（专利号：CN 201157420Y）设计了一种用于猴子、猫等大型动物的手动微电极推进器。这种微推进器在基座上设有推进杆，推进杆中心为螺杆，螺杆转动会带动滑块上下移动，把电极塞固定在滑块上，即可实现电极推进。这种手动微电极推进器优点为：旋转环上有刻度，能够实现精确地控制，且电极的移动距离能达到4mm。其缺点为：（1）整体结构大，重量大，主要适合于大型动物；（2）与颅骨的连接比较简单，容易脱落；（3）只能用于单电极的记录与刺激实验。

贝尔实验室的MS. Fee（MS Fee, A Leonardo. NEUROSCI METH 2001 :(112)83-94）设计了一种可自动进给的电极微推进器，用于斑纹雀的脑信号采集。微电极被固定在一个带螺纹的滑块上，滑块可以沿着一根带螺纹的圆柱上下滑动。当电机带着圆柱转动时，滑块就会带着微电极上下移动。这种微电极推进器优点为：（1）直径为6mm，高为17mm，重量不足1.5g，结构小巧，可以适用于小型动物；（2）每个通道为一个直流电机控制，能够实现三通道单独进给，相互之间没有影响；（3）采用直流电机驱动，进给的精确度很高。MS. Fee的推进器的缺点为：（1）用于采集的位点的数量有限，动物的利用率比较低；（2）与颅骨之间直接固结，适用于大多数动物，但对于一些颅骨结构特殊的动物（如大壁虎）并不适合；（3）采用了三个直径1.9mm，重量约为100mg的直流电机，因此整套设备的成本很高。

Plexon公司提供了 MD-04和MD-08两种微电极推进器，分别拥有4个和8个独立运动的接口滑块。接口滑块被放置在箱体对应的滑道里。每个接口滑块可以装载1-4个微电极。滑块上有螺纹孔，当顺时针转动螺钉时，滑块就会带动微电极上下滑动。在滑块的下方设有导引孔，可以引导微电极在轨道内滑动。在箱体与颅骨之间有四个螺钉连接。这种推进器的优点为：（1）多通道单独进给；（2）重量轻；（3）体积小；（4）容易组装；（5）性价比高；（6）单独的微电极转接接口；（7）能实现1/8和3/16两种进给。其缺点为：（1）接口滑块一次性使用，不可重复使用；（2）植入位点比较固定，不易更改；（3）与颅骨的的固定不牢靠，特别是不适合大壁虎等颅骨结构特殊的动物。

Keith A. Stengel（专利号：US 7769421）设计了中微电极推进器。基本原理也是利用螺纹手工推动。但是在在箱体中设计成斜30°的滑道，螺钉推动滑块沿滑道移动。在滑块上固定着毛细管，记录微电极被固定在毛细管上，随滑块上下移动。在箱体的底部设有导向管，毛细管的下端穿入导向管中，以保证微电极在指定位点上下移动。底部直接与颅骨固结。这种推进器的优点为： （1）14通道单独进给；（2）使用毛细管与导向管结合的方法，扩大了设计空间；（3）底部与颅骨的结合面积小，方便与颅骨固定；其缺点为：（1）与颅骨之间的采用常规固定，特别是不适合大壁虎等颅骨结构特殊的动物；（2）组装繁琐，耗时耗力；（3）加工成本比较高；（4）植入位点比较固定，不易更改；（5）滑块一次性使用，不可重复使用。