CN108742942A - 全身麻醉神经机制研究急性实验平台及慢性实验平台 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种全身麻醉神经机制研究急性实验平台以及慢性实验平台，包括：神经双模检测仪器，用于放大和记录神经双模信号；双模微电极阵列，植入实验动物颅内脑区探测神经双模信号；麻醉机，用于对实验动物进行麻醉通气；计算机，用于观测和记录动物行为，并分析处理神经双模信号；急性实验平台的试验台，包括：三维立体定位仪，用于安置实验动物；以及通气鼻罩，为麻醉通气提供气体通路；慢性实验平台的试验台，包括麻醉笼，供实验动物自由活动和麻醉通气，以缓解全身麻醉神经机制研究时缺乏对脑内神经电生理和神经化学信号进行同步检测的实验平台问题。

Description

全身麻醉神经机制研究急性实验平台及慢性实验平台
技术领域
本公开涉及生物医学行业麻醉机制研究与信号检测领域，尤其涉及一种全身麻醉神经机制研究方法和实验平台。
背景技术
全身麻醉在重大手术治疗中起着不可或缺的重要作用，被广泛地应用。然而，在全身麻醉及苏醒期间，患者有发生如支气管痉挛、躁动、全麻后苏醒延迟等严重并发症的风险。对全身麻醉的神经机制进行研究，有助于更好地进行麻醉和防范各种并发症的出现。因麻醉机制的重要性，2005年科学杂志更是将全身麻醉的神经机制列为亟待解决的125个重要科学问题之一。因此，研究全身麻醉的神经机制具有重要的科学和现实意义。
脑内神经元之间通信在本质上是神经电生理和神经化学的，同时同步检测这两种信号对更好地理解神经麻醉机制意义重大。目前，因缺乏合适的平台和方法，科学家们在通过检测脑内神经信号对全身麻醉的神经机制进行研究时，往往只能采用微电极阵列检测神经元放电信号，部分研究人员还采用容易导致脑损伤的微透析等方法检测脑内神经化学物质。因此，亟需能对脑内神经电生理和神经化学信号进行同步检测的全身麻醉神经机制研究方法和平台。
公开内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题和需求，本公开提供了一种全身麻醉神经机制研究急性实验平台及慢性实验平台，以缓解全身麻醉神经机制研究时缺乏对脑内神经电生理和神经化学信号进行同步检测的实验平台问题。
(二)技术方案
在本公开实施例中，提供一种全身麻醉神经机制研究急性实验平台，包括：神经双模检测仪器，用于放大和记录神经双模信号；双模微电极阵列，植入实验动物颅内脑区探测神经双模信号；麻醉机，用于对实验动物进行麻醉通气；计算机，用于观测和记录动物行为，并分析处理神经双模信号；以及试验台，包括：三维立体定位仪，用于安置实验动物；以及通气鼻罩，为麻醉通气提供气体通路。
在本公开实施例中，还提供一种全身麻醉神经机制研究慢性实验平台，包括：神经双模检测仪器，用于放大和记录神经双模信号；双模微电极阵列，植入实验动物颅内脑区探测神经双模信号；麻醉机，用于对实验动物进行麻醉通气；计算机，用于观测和记录动物行为，并分析处理神经双模信号；以及试验台，包括麻醉笼，供实验动物自由活动和麻醉通气。
在本公开实施例中，所述神经双模信号包括：神经电生理信号：指单个神经细胞放电动作电位和群神经细胞放电形成的局部场电位；以及神经化学信号：采用电化学方法检测的脑内化学物质浓度变化，所述化学物质包括神经递质、神经调质或神经营养物质。
在本公开实施例中，所述双模微电极阵列至少为1个。
在本公开实施例中，所述双模微电极阵列大于1个，植于不同的脑区，以研究麻醉的神经环路机制。
在本公开实施例中，所述麻醉机通过改变麻药流速调节麻醉周期和麻醉深度。
在本公开实施例中，所述的急性实验平台，用于进行急性试验，所述急性实验指通过开颅手术将双模微电极阵列植入颅内脑区后，即时对神经双模信号进行检测，实验结束后将双模微电极阵列拔出。
在本公开实施例中，所述的急性实验平台，用于急性实验时，实验周期数不小于6。
在本公开实施例中，所述的慢性实验平台，用于进行慢性试验，所述慢性实验指通过开颅手术将双模微电极阵列植入颅内脑区后，通过固定物质将双模微电极阵列封固在颅内脑区，通过双模微电极阵列长时间对神经双模信号进行检测，直到实验结束。
在本公开实施例中，所述的慢性实验平台，用于慢性实验时，双模微电极阵列植入颅内脑区有效使用期为1个月，每天进行实验周期数不小于6。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开全身麻醉神经机制研究急性实验平台及慢性实验平台至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)可以在不同麻醉深度下同步地检测不同脑区的神经电生理和神经化学信号，相比只检测神经元放电信号或只检测脑内神经化学物质而言，能够获得更全面的信息，通过分析两种信号的关联和不同脑区信号之间投射关系，能够更好地理解神经麻醉机制。
(2)全身麻醉神经机制研究实验平台，同时集成了神经双模检测仪器、双模微电极阵列、麻醉机、试验台及计算机，保证了能同时对实验动物进行麻醉通气和神经双模信号检测，并通过提供的安置或活动空间，不仅能用于不同麻醉深度机制研究，还可用于麻醉-苏醒的神经环路机制研究。
附图说明
图1为本公开实施例全身麻醉神经机制研究实验平台中急性实验平台示意图。
图2为本公开实施例全身麻醉神经机制研究实验平台中慢性实验平台示意图。
图3为本公开实施例全身麻醉神经机制研究方法中不同麻醉深度机制研究方法示意图。
图4为本公开实施例慢性实验的麻醉-苏醒的神经环路机制设置示意图。
图5为本公开实施例全身麻醉神经机制研究方法流程图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
101-神经双模检测仪器(急性实验平台用)；
102-双模微电极阵列(急性实验平台用)；
103-麻醉机(急性实验平台用)；
104-计算机(急性实验平台用)；
105-三维立体定位仪；106-通气鼻罩；
201--神经双模检测仪器(慢性实验平台用)；
202-双模微电极阵列(慢性实验平台用)；
203-麻醉机(慢性实验平台用)；
204-计算机(慢性实验平台用)；205-麻醉笼。
具体实施方式
本公开提供了一种全身麻醉神经机制研究急性实验平台及慢性实验平台，能够研究在实验动物处于不同麻醉状态下乃至麻醉到清醒状态下大脑神经电生理和神经化学的神经双模信号的变化，便捷可靠，可以有效满足全身麻醉神经机制研究的需求，为全身麻醉神经机制研究提供了新的思路和新的研究手段。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且在附图中，实施例以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
本公开提供一种全身麻醉神经机制研究急性实验平台，图1为本公开实施例全身麻醉神经机制研究急性实验平台示意图，如图1所示，所述全身麻醉神经机制研究急性实验平台包括：
神经双模检测仪器101，用于放大和记录神经双模信号；
双模微电极阵列102，植入实验动物颅内脑区探测神经双模信号；
麻醉机103，用于对实验动物进行麻醉通气；
计算机104，用于观测和记录动物行为，并分析处理神经双模信号；以及
试验台，包括：
三维立体定位仪105，用于安置实验动物；
通气鼻罩106，为麻醉通气提供气体通路。
所述双模微电极阵列至少为1个，植于不同的脑区，以研究麻醉的神经环路机制。
所述的神经双模信号包括神经电生理和神经化学信号。其中，神经电生理信号指单个神经细胞放电动作电位和群神经细胞放电形成的局部场电位；神经化学信号指采用电化学方法检测的脑内化学物质浓度变化，所指化学物质可以是神经递质、神经调质或神经营养物质等
在本公开实施例中，所述急性实验指通过开颅手术将电极植入脑内后，在实验对象可以耐受的时间内即时对信号进行检测，实验结束后将电极拔出；为了提高实验的可靠性，对实验动物需要进行不断重复的周期实验，通过所述麻醉机改变麻药流速以调节麻醉周期和麻醉深度，其设计的周期实验可用于急性和慢性实验的不同麻醉深度下的重复周期实验；其中，图3为不同麻醉深度下的重复周期实验设置示意图，如图4所示，可以在实验动物能耐受的时间范围内，设置为n个周期的实验，对于大/小鼠而言，该n值一般设置为大于6，一个实验周期的时间设置为1个小时。在每一个实验周期中，可以根据实验需求设置麻醉深度的数量。麻醉深度通过调节麻醉机通气时氧气和麻醉剂的流速来调节，一般而言，实验时固定氧气流速，调节麻醉剂的流速。在本实施例中，对一个重190g的大鼠进行麻醉深度机制研究实验时，氧气流速固定为2.0L/min，S301、S302和S303分别代表麻醉剂异氟烷流速设为0.5L/min、1.0L/min和1.5L/min时对应的由浅到深的麻醉深度，每个麻醉深度维持20分钟。
本公开还提供一种全身麻醉神经机制研究慢性实验平台，图2为本公开实施例全身麻醉神经机制研究慢性实验平台示意图，如图2所示，所述全身麻醉神经机制研究慢性实验平台包括：
神经双模检测仪器201，用于放大和记录神经双模信号；
双模微电极阵列202，植入实验动物颅内脑区探测神经双模信号；
麻醉机203，用于对实验动物进行麻醉通气；
计算机204，用于观测和记录动物行为，并分析处理神经双模信号；以及
试验台，包括麻醉笼205，供实验动物自由活动和麻醉通气。
在本公开实施例中，所述慢性实验指通过开颅手术将双模微电极阵列植入颅内脑区后，通过牙科水泥等固定物质将双模微电极阵列封固在颅内脑区，待实验动物术后恢复后，通过双模微电极阵列长时间对神经双模信号进行检测，直到实验结束，图4为慢性实验的麻醉-苏醒的神经环路机制设置示意图，同样为了提高实验的可靠性，对实验动物需要进行不断的重复实验，以研究麻醉-苏醒的神经环路机制，该实验因为进行的是慢性实验，可以在双模微电极阵列植入颅内脑区能有效使用的时间内，进行多次实验，两次实验间间隔由实验需求设定。双模微电极阵列植入颅内脑区有效使用期为1个月，可每天开展1次实验。如图4所示，每次实验进行n个周期实验，对于大/小鼠而言，该n值一般设置为大于6，一个实验周期的时间设置为40分钟。在本实施例中，对一个重250g的大鼠进行麻醉-苏醒机制研究实验时，氧气流速固定为2.0L/min，S401和S402分别代表麻醉剂异氟烷流速设为2.0L/min和0L/min时对应的麻醉和苏醒状态，每个麻醉深度维持20分钟。
在本公开实施例中，在慢性实验中，图3和图4的实验设置方法可以联合使用，以实现对不同麻醉深度和麻醉-苏醒神经机制的同步研究。
在本公开实施例中，提供一种全身麻醉神经机制研究方法，图5为所述全身麻醉神经机制研究方法示意图，如图5所示，所述全身麻醉神经机制研究方法，包括：
S501：将双模微电极阵列植入实验动物颅内脑区；
S502：将实验动物置于试验台；
S503：通过麻醉机改变麻药流速，以调节麻醉周期和麻醉深度；
S504：用神经双模检测仪器记录双模微电极阵列探测的神经双模信号；
S505：同步观测实验动物的行为，并在电脑端同步解析神经双模信号。
在本公开实施例中，执行上述将双模微电极阵列植入实验动物颅内脑区的S501步骤时，所用双模微电极阵列至少为1个，植于不同的脑区，以研究麻醉的神经环路机制。
在本公开实施例中，S504中所述的神经双模信号包括神经电生理和神经化学信号。其中，神经电生理信号指单个神经细胞放电动作电位和群神经细胞放电形成的局部场电位；神经化学信号指采用电化学方法检测的脑内化学物质浓度变化，所指化学物质可以是神经递质、神经调质或神经营养物质等。
在本公开实施例中，S505中所述动物的行为包括动物的呼吸等行为。
在本公开实施例中，S503中所述通过麻醉机改变麻药流速以调节麻醉周期和麻醉深度的步骤中，其设计的周期实验不仅可以是能用于急性和慢性实验的不同麻醉深度下的重复周期实验；还可以是只能用于慢性实验的麻醉与清醒往复的周期实验，以研究麻醉-苏醒的神经环路机制。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。例如：
(1)麻醉剂不限于异氟烷，可以是任何能通过麻醉机进行麻醉通气的麻醉剂，如乙醚、异氟醚等；
(2)通过更换试验台，加大其尺寸，可以将本公开的平台用于对非人灵长类动物如食蟹猴等的全身麻醉神经机制研究。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开全身麻醉神经机制研究急性实验平台及慢性实验平台有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供了一种全身麻醉神经机制研究急性实验平台及慢性实验平台，能够研究在实验动物处于不同麻醉状态下乃至麻醉到清醒状态下大脑神经电生理和神经化学的双模信号的变化，便捷可靠，可以有效满足全身麻醉神经机制研究的需求，为全身麻醉神经机制研究提供了新的思路和新的研究手段。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全身麻醉神经机制研究急性实验平台，包括：
神经双模检测仪器(101)，用于放大和记录神经双模信号；
双模微电极阵列(102)，植入实验动物颅内脑区探测神经双模信号；
麻醉机(103)，用于对实验动物进行麻醉通气；
计算机(104)，用于观测和记录动物行为，并分析处理神经双模信号；以及
试验台，包括：
三维立体定位仪(105)，用于安置实验动物；以及
通气鼻罩(106)，为麻醉通气提供气体通路。
2.一种全身麻醉神经机制研究慢性实验平台，包括：
神经双模检测仪器(201)，用于放大和记录神经双模信号；
双模微电极阵列(202)，植入实验动物颅内脑区探测神经双模信号；
麻醉机(203)，用于对实验动物进行麻醉通气；
计算机(204)，用于观测和记录动物行为，并分析处理神经双模信号；以及
试验台，包括麻醉笼(205)，供实验动物自由活动和麻醉通气。
3.根据权利要求1或2所述的实验平台，其中，所述神经双模信号包括：
神经电生理信号：指单个神经细胞放电动作电位和群神经细胞放电形成的局部场电位；以及
神经化学信号：采用电化学方法检测的脑内化学物质浓度变化，所述化学物质包括神经递质、神经调质或神经营养物质。
4.根据权利要求1或2所述的实验平台，其中，所述双模微电极阵列至少为1个。
5.根据权利要求1或2所述的实验平台，其中，所述双模微电极阵列大于1个，植于不同的脑区，以研究麻醉的神经环路机制。
6.根据权利要求1或2所述的实验平台，所述麻醉机通过改变麻药流速调节麻醉周期和麻醉深度。
7.根据权利要求1所述的急性实验平台，用于进行急性试验，所述急性实验指通过开颅手术将双模微电极阵列(102)植入颅内脑区后，即时对神经双模信号进行检测，实验结束后将双模微电极阵列拔出。
8.根据权利要求1所述的急性实验平台，用于急性实验时，实验周期数不小于6。
9.根据权利要求2所述的慢性实验平台，用于进行慢性试验，所述慢性实验指通过开颅手术将双模微电极阵列(202)植入颅内脑区后，通过固定物质将双模微电极阵列(202)封固在颅内脑区，通过双模微电极阵列(202)长时间对神经双模信号进行检测，直到实验结束。
10.根据权利要求2所述的慢性实验平台，用于慢性实验时，双模微电极阵列(202)植入颅内脑区有效使用期为1个月，每天进行实验周期数不小于6。
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