[发明专利]视觉认知芯片

说明书

本发明提出了视觉认知芯片，可以观察监测黑白弱暗与彩色明亮图像，研究人的视觉认知，该芯片系统主要由五个独立的神经血管单元组成，每个神经血管单元包括上层芯片、下层芯片和中间多孔膜。下层芯片腔室底面集成电位传感器微电极阵列，用以监测有关视觉系统神经元产生的动作电位及神经元群产生的场电位，进而提取神经元网络电位传递的信息。四个矩形单元通过矩形漏斗微槽进行连接，也通过环形单元与其他芯片集成。本发明具备多细胞共培养能力，并通过多孔膜和微槽实现多细胞间的信息交流，模拟人视觉形成过程，用于研究视觉认知功能，并用以检测血视网膜/脑/神经屏障的完整性；通过不同的微纳器件集成可广泛实现相关研究与应用的信息采集与监控。

技术领域

本发明属于微流控芯片、人体器官芯片、人类认知及医药健康领域，涉及一种基于微流控芯片的视觉认知芯片。

背景技术

大脑55种重要功能中有24种功能与认知有关，认知是指人脑接受外界信息，经过加工处理，转换成内在的心理活动，从而获取知识或应用知识的过程。它包括记忆、语言、视空间、执行、计算和理解判断等方面；认知是处理信息的能力，感觉(即我们通过不同的感官得到刺激)，是获得知识的重要过程，而我们的主观特征，使我们能够整合所有这些信息分析和解释我们的世界。换句话说，认知是我们对我们从不同的来源(感知，体验，信念......)接收到的信息吸收和处理，将它们转换成知识的能力。认知包括不同的认知过程，学习，注意力，记忆，语言，推理，决策等，是形成我们的智力发展的重要部分。

认知是机体认识和获取知识的智能加工过程，涉及学习、记忆、语言、思维、精神、情感等一系列随意、心理和社会行为。认知障碍指与上述学习记忆以及思维判断有关的大脑高级智能加工过程出现异常或上述几项认知功能中的一项或多项受损，从而引起严重学习、记忆障碍，同时伴有失语或失用或失认或失行等改变的病理过程。认知的基础是大脑皮层的正常功能，任何引起大脑皮层功能和结构异常的因素均可导致认知障碍。由于大脑的功能复杂，且认知障碍的不同类型互相关联，即某一方面的认知问题可以引起另一方面或多个方面的认知异常(例如，一个病人若有注意力和记忆方面的缺陷，就会出现解决问题的障碍)。当上述认知域有两项或以上受损，并影响个体的日常或社会能力时，可诊断为痴呆。认知障碍的临床表现为：1、感知障碍，如感觉过敏、感觉迟钝、内感不适、感觉变质、感觉剥夺、病理性错觉、幻觉、感知综合障碍；2、记忆障碍，如记忆过强、记忆缺损、记忆错误；3、思维障碍，如抽象概括过程障碍、联想过程障碍、思维逻辑障碍、妄想等。认知障碍是脑疾病诊断和治疗中最困难的问题之一，研究认知功能具有非常重要的意义，因此制作认知模型来研究人的感知认知功能与痴呆等认知障碍疾病具有十分重要的意义。

认知知觉允许我们组织和理解我们不同的感官接收到的刺激，如视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉。大脑中大约有80％的知识都是通过眼睛获取，人眼作为感知获取外界信息的人体重要器官之一，在24种认知功能中扮演了极其重要的角色。眼睛能辨别不同的颜色和亮度的光线，并将这些信息转变成神经信号，传送给大脑。因此研究人的认知过程就必须要从研究视觉认知开始，视觉认知是人最重要的认知。然而由于认知模型的复杂，目前还没有一种成熟的视觉认知模型，人体器官芯片(Human organs-on-chips)技术的出现为建立视觉认知模型提供了完美的技术支持。

微流控芯片技术(Microfluidics)也被称为芯片实验室(Lab-On-a-Chip,LOC)，涉及物理、化学、医学、流体、电子、材料、机械等多学科交叉的研究领域。通过微通道、反应室和其他某些功能部件，对流体进行精准操控，对生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成分析，具有液体流动可控、集成化、消耗低、通量高、分析快等优点，已经被广泛应用于生物医学和环境科学等研究领域。基于微流控芯片技术的人体器官芯片近几年来发展迅速，已经实现肺、肾、肠、肝、心脏、血管、皮肤、大脑、骨骼、乳腺、脾脏、血脑屏障等芯片的构建，通过与细胞生物学、工程学和生物材料等多种学科的方法相结合，体外模拟多种活体细胞、组织器官微环境，反映人体组织器官的主要结构和功能特征。