[发明专利]多通道无线光遗传刺激系统及方法

权利要求书

1.一种多通道无线光遗传刺激系统，其特征在于，包括上位机、光刺激器以及阵列式刺激光极，所述光刺激器包括多个刺激通道，不同刺激通道与阵列式刺激光极的不同区域电连通，所述上位机用于设置光刺激参数，所述光刺激参数包括脉冲的频率、占空比、刺激时间和一个或多个刺激通道，所述上位机和光刺激器无线连接，所述光刺激器接收上位机设置的光刺激参数，输出电脉冲信号给光刺激参数中刺激通道电连通的阵列式刺激光极的区域，

所述光极为μLED，

所述阵列式刺激光极中每四个光极为一个区域，每一个区域通过一个光刺激通道控制，光极底板由矩形焊盘、μLED焊盘以及镀铜导线构成，所述矩形焊盘分布在光极底板的两侧，且一边为正极，另外一边为负极，每四个μLED共用一个正极与负极矩形焊盘形成一个4×1的μLED阵列；

所述光刺激器包括第二微控制器，第二微控制器用于提取光刺激参数，经过处理后，以电脉冲信号形式传递给输出电路，输出电路用于连接光刺激器与阵列式刺激光极，将第二微控制器输出的电脉冲信号传递给光极，

所述第二微控制器构建神经网络结构模型，所述神经网络结构模型的输入是脑CT的图像特征，输出是光刺激参数，采集细胞激活效果达到要求的多个客户端的脑CT和光刺激参数对神经网络结构模型进行训练，第二微控制器通过训练后的神经网络结构模型获得新的脑CT的输出光刺激参数作为参考传输给上位机，

第二微控制器根据细胞膜外的阳离子内流确定细胞激活效果是否达到要求，通过训练后的神经网络结构模型用于获得激活区域或/和不通过激活区域的脉冲的频率、占空比、刺激时间。

2.根据权利要求1所述的多通道无线光遗传刺激系统，其特征在于，还包括无线发送模块和无线接收模块，所述无线发送模块连接上位机和无线接收模块，所述无线接收模块连接无线发送模块和光刺激器，所述无线发送模块将上位机的光刺激参数通过无线接收模块发送给光刺激器。

3.根据权利要求2所述的多通道无线光遗传刺激系统，其特征在于，所述无线发送模块包括射频放大以及高增益天线。

4.根据权利要求1所述的多通道无线光遗传刺激系统，其特征在于，所述阵列式刺激光极包括光极底板以及多个光极，用于发出光线对神经细胞进行光刺激。

5.根据权利要求4所述的多通道无线光遗传刺激系统，其特征在于，所述光极底板基底材料采用硅基底，且表面镀有一层环氧树脂薄膜。

6.根据权利要求4所述的多通道无线光遗传刺激系统，其特征在于，所述阵列式刺激光极包括24个光极，光刺激器包括6个光刺激通道。

7.根据权利要求1所述的多通道无线光遗传刺激系统，其特征在于，所述光刺激器包括电源驱动电路、开关、时钟电路、指示灯、无线通信接口、第二微控制器、复位电路以及输出电路，电源驱动电路用于供电，开关用于光刺激器的开启与关闭，时钟电路用于为第二微控制器提供时钟信号，指示灯包括电源指示灯以及通信状态指示灯，电源指示灯用于显示光刺激器的开启与关闭状态，亮则表示光刺激器在工作，通信状态指示灯用于显示光刺激器与上位机的通信状态，当光刺激器成功接收到上位机发送来的信号后，通信状态指示灯将发生亮暗变化，无线通信接口用于连接上位机与光刺激器，复位电路用于将光刺激器恢复到初始化状态。

8.根据权利要求1所述的多通道无线光遗传刺激系统，其特征在于，所述上位机包括参数设置模块、状态显示模块和操作按钮，所述参数设置模块用于设置光刺激参数，所述状态显示模块用于显示当前光刺激的频率、占空比以及剩余刺激时间，所述操作按钮包括开始刺激按钮、停止刺激按钮以及开关键；开关键用于控制刺激通道的启闭，开始刺激按钮用于发送开始刺激的指令，停止刺激按钮用于发送停止刺激的指令。

9.一种多通道无线光遗传刺激方法，其特征在于，包括：

设置阵列式刺激光极，包括多个用于发出光线的区域，光刺激器包括多个刺激通道，不同刺激通道与阵列式刺激光极的不同区域电连通；

设置光刺激参数，所述光刺激参数包括脉冲的频率、占空比、刺激时间和一个或多个刺激通道；

通过光刺激参数生成电脉冲信号给光刺激参数中刺激通道电连通的阵列式刺激光极的区域，

所述光极为μLED，

所述阵列式刺激光极中每四个光极为一个区域，每一个区域通过一个光刺激通道控制，光极底板由矩形焊盘、μLED焊盘以及镀铜导线构成，所述矩形焊盘分布在光极底板的两侧，且一边为正极，另外一边为负极，每四个μLED共用一个正极与负极矩形焊盘形成一个4×1的μLED阵列；

所述光刺激器包括第二微控制器，第二微控制器用于提取光刺激参数，经过处理后，以电脉冲信号形式传递给输出电路，输出电路用于连接光刺激器与阵列式刺激光极，将第二微控制器输出的电脉冲信号传递给光极，复位电路用于将光刺激器恢复到初始化状态，

所述第二微控制器构建神经网络结构模型，所述神经网络结构模型的输入是脑CT的图像特征，输出是光刺激参数，采集细胞激活效果达到要求的多个客户端的脑CT和光刺激参数对神经网络结构模型进行训练，第二微控制器通过训练后的神经网络结构模型获得新的脑CT的输出光刺激参数作为参考传输给上位机，

第二微控制器根据细胞膜外的阳离子内流确定细胞激活效果是否达到要求，通过训练后的神经网络结构模型用于获得激活区域或/和不通过激活区域的脉冲的频率、占空比、刺激时间。