[发明专利]多通道无线光遗传刺激系统及方法

说明书

本发明提供一种多通道无线光遗传刺激系统及方法，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。上述方法及系统能独立选择刺激的区域。

技术领域

本发明涉及光刺激技术领域，更为具体地，涉及一种多通道无线光遗传 刺激系统及方法。

背景技术

光遗传技术是结合光学和遗传学的一种新技术，可以利用光控方式准确 调控特定神经元的活动。通过用病毒载体将光敏蛋白导入到特定的细胞中表 达，被导入的光敏蛋白只能被特定波长的光激活，因此可以利用相应波长的 光照激活或者抑制离子通道实现对神经细胞功能的精确调控。时间准确程度 可达到毫秒范围，在空间上可实现对单一细胞甚至亚细胞范围的精确控制。 近年来，该技术在神经科学研究中非常受欢迎，并将引领下一代神经修复方 法和神经治疗。

为了更好的认识脑网络和脑功能，研究人员一般采用构建体外神经网络 的方式。针对光遗传技术体外刺激的需求，研究人员一般采用LED作为光源 开发光刺激器。目前多数体外光遗传刺激器采用LED作为光源，设备体积较 大，所能提供的光照面积大，所能提供的刺激精度有限。光刺激器的调控依 靠有线连接，且供调控的参数较少，不能独立选择刺激的区域。由于设备功 率相对较高，长时间的使用会引起设备发热，从而影响神经细胞的活性，不利于神经细胞的生长。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种能独立选择刺激的区域的多通 道无线光遗传刺激系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种多通道无线光遗传刺激系统，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。

可选地，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。

可选地，所述无线发送模块包括射频放大以及高增益天线。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，所述光极为μLED。

可选地，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，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。

可选地，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，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。