CN105746377A - 动物神经信号光纤记录系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了动物神经信号光纤记录系统，包括：激光源模块，其包括激光器，衰减片和二相色镜，衰减片设置在激光器和二相色镜之间，衰减片与激光器光轴成5°角，二相色镜与激光器光轴成45°角；光纤耦合模块，其包括物镜和光纤，光纤的端面设置在物镜的焦平面中心上；荧光信号采集分析模块，其包括滤光片，探测器，低通滤波单元和采集显示单元，探测器和滤光片与物镜同轴放置在二相色镜的对侧。本发明利用光纤介导，将动物神经元活动产生的荧光信号转换为电信号，从而对自由活动动物某一类型神经元的活动进行长时间的监测和记录，更加高效，适用的行为范式更加丰富，不受脑区深度限制，可以获得到相对于传统方法更为丰富的脑功能信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种动物神经信号光纤记录系统。
背景技术
长时间的对行为动物中特定脑区神经元的活动情况进行实时的观测和记录是理解大脑核团活动与实验动物行为之间相关性的主要方法，可以为进一步理解和治疗相关神经性疾病提供重要的数据参考和理论支持。
传统的在自由活动动物实验中记录神经元活动的方法是多通道电生理记录，但这种方法实验过程复杂，实验周期长，记录效率低下且无法区分细胞类型，信号容易受到电磁干扰，并且无法进行长时间的监测和记录，适用的行为类型也比较局限。神经元之间的基本通信方式是动作电位，钙离子作为神经活动过程中必不可少的一种离子，在神经元的活动过程中会有大量的释放。荧光钙指示剂通过检测神经细胞内钙离子浓度的变化来反映神经元的活动信号，从而将神经信号转化为光学荧光信号。双光子钙成像最早利用这种方法实现了特定类型神经元钙信号的光学检测，但由于成像深度受限，只能用来研究浅层的脑区，而且无法用于监测自由活动小鼠特定行为过程中的神经元同步活动。
发明内容
本发明的目的是提供一种动物神经信号光纤记录系统，本发明利用光纤介导，将动物神经元在活动过程中产生的微弱荧光强度变化转换为可以采集和记录的电信号，从而实现对自由活动动物某一类型神经元的活动进行长时间的监测和记录，具有更加高效，适用的行为范式更加丰富，不受脑区深度限制的优点，可以获得到相对于传统方法更为丰富的脑功能信息。本发明提供的技术方案为：
动物神经信号光纤记录系统，包括：
激光源模块，其包括激光器，衰减片和二相色镜，所述衰减片设置在所述激光器和所述二相色镜之间，所述衰减片与激光器光轴成5°角设置，所述二相色镜与所述激光器光轴成45°角设置，所述激光器发送激发光，所述激发光经过所述衰减片衰减后传送至所述二相色镜，所述二相色镜对所述激发光进行反射；
光纤耦合模块，其包括物镜和光纤，所述光纤的端面设置在物镜的焦平面中心上，所述物镜接收所述二相色镜反射的激发光并进行耦合，经过所述物镜耦合的激发光通过光纤激发动物神经产生荧光信号，所述荧光信号通过所述光纤，物镜和二相色镜进行传送；
荧光信号采集分析模块，其包括滤光片，探测器，低通滤波单元和采集显示单元，所述探测器和所述滤光片与所述物镜同轴放置在所述二相色镜的对侧，所述滤光片接收所述荧光信号并过滤后传送至所述探测器，所述探测器将所述荧光信号转化为电压信号后传送至所述低通滤波单元，所述低通滤波单元对所述电压信号进行滤除降噪后传送至所述采集显示单元，所述采集显示单元对所述电压信号进行采集显示。
优选的是，所述的动物神经信号光纤记录系统中，所述激光器采用高稳定性的半导体激光器。
优选的是，所述的动物神经信号光纤记录系统中，所述衰减片设置在距离所述激光器的出光口2cm处。
优选的是，所述的动物神经信号光纤记录系统中，所述光纤采用直径200微米，数值孔径为0.39的多模光纤。
优选的是，所述的动物神经信号光纤记录系统中，所述探测器采用高灵敏度的光电转换器或光电倍增管。
优选的是，所述的动物神经信号光纤记录系统中，所述光纤耦合模块还包括二维调节架，所述光纤设置在所述二维调节架上。
优选的是，所述的动物神经信号光纤记录系统中，所述低通滤波器采用40Hz的高阶低通滤波器。
优选的是，所述的动物神经信号光纤记录系统中，所述滤光片与所述探测器贴紧垂轴放置。
本发明的有益效果是本发明利用200微米光纤介导神经元的钙信号荧光收集，一方面最大程度上减少了检测系统对研究对象行为活动的干预和限制，使得该系统既可以用于头部固定的行为动物研究也可以用于完全自由活动的动物研究，而且适用的行为范式更为丰富；另一方面，200微米的光纤植入深脑对研究对象和相应核团的损伤都比较小，使得该系统能够获得深脑核团的神经元活动信息，解决了传统方法研究对象范围受限的问题。利用高稳定性的激光光源，保证系统能够长时间稳定的工作，减少由于系统不稳定引起的波动对真实钙信号活动检测的干扰，利用低通滤波器可以进一步抑制系统中的高频电学噪声和热噪声，使得该系统能够获得高信噪比的神经活动钙信号。本发明可以对自由活动动物某一类型神经元的活动进行长时间的监测和记录，具有更加高效，适用的行为范式更加丰富，不受脑区深度限制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
激光源模块，其包括激光器，衰减片和二相色镜，激光器采用高稳定性的半导体激光器，衰减片设置在所述激光器和二相色镜之间，衰减片设置在距离激光器的出光口2cm处并与激光器光轴成5°角，二相色镜与激光器光轴成45°角设置，激光器发送激发光，激发光经过衰减片衰减后传送至二相色镜，二相色镜对所述激发光进行反射；
光纤耦合模块，其包括物镜，光纤和二维调节架，光纤采用直径200微米（60-600微米可选），数值孔径为0.39的多模光纤，光纤设置在二维调节架上且一个端面设置在物镜的焦平面中心上，物镜接收二相色镜反射的激发光并进行耦合，经过物镜耦合的激发光通过光纤激发动物神经产生荧光信号，荧光信号通过光纤，物镜和二相色镜进行传送；
荧光信号采集分析模块，其包括滤光片，探测器，低通滤波单元和采集显示单元，探测器采用高灵敏度的光电转换器（APD）或光电倍增管（PMT），探测器和滤光片与物镜同轴放置在二相色镜的对侧，滤光片与探测器贴紧垂轴放置，滤光片接收荧光信号并过滤后传送至所述探测器，探测器将荧光信号转化为电压信号后传送至低通滤波单元，低通滤波单元对电压信号进行滤除降噪后传送至采集显示单元，采集显示单元对电压信号进行采集显示。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.动物神经信号光纤记录系统，其特征在于，包括：
激光源模块，其包括激光器，衰减片和二相色镜，所述衰减片设置在所述激光器和所述二相色镜之间，所述衰减片与激光器光轴成5°角设置，所述二相色镜与所述激光器光轴成45°角设置，所述激光器发送激发光，所述激发光经过所述衰减片衰减后传送至所述二相色镜，所述二相色镜对所述激发光进行反射；
光纤耦合模块，其包括物镜和光纤，所述光纤的端面设置在物镜的焦平面中心上，所述物镜接收所述二相色镜反射的激发光并进行耦合，经过所述物镜耦合的激发光通过光纤激发动物神经产生荧光信号，所述荧光信号通过所述光纤，物镜和二相色镜进行传送；
荧光信号采集分析模块，其包括滤光片，探测器，低通滤波单元和采集显示单元，所述探测器和所述滤光片与所述物镜同轴放置在所述二相色镜的对侧，所述滤光片接收所述荧光信号并过滤后传送至所述探测器，所述探测器将所述荧光信号转化为电压信号后传送至所述低通滤波单元，所述低通滤波单元对所述电压信号进行滤除降噪后传送至所述采集显示单元，所述采集显示单元对所述电压信号进行采集显示。
2.如权利要求1所述的动物神经信号光纤记录系统，其特征在于，所述激光器采用高稳定性的半导体激光器。
3.如权利要求1所述的动物神经信号光纤记录系统，其特征在于，所述衰减片设置在距离所述激光器的出光口2cm处。
4.如权利要求1所述的动物神经信号光纤记录系统，其特征在于，所述光纤采用直径200微米，数值孔径为0.39的多模光纤。
5.如权利要求1所述的动物神经信号光纤记录系统，其特征在于，所述探测器采用高灵敏度的光电转换器或光电倍增管。
6.如权利要求1所述的动物神经信号光纤记录系统，其特征在于，所述光纤耦合模块还包括二维调节架，所述光纤设置在所述二维调节架上。
7.如权利要求1所述的动物神经信号光纤记录系统，其特征在于，所述低通滤波器采用40Hz的高阶低通滤波器。
8.如权利要求1所述的动物神经信号光纤记录系统，其特征在于，所述滤光片与所述探测器贴紧垂轴放置。
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