1 浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
2 浙江大学脑科学与脑医学学院，浙江 杭州 310058
为了实现在活体小鼠脑中多部位的光纤记录和区域可选择的光刺激，开发了一套集成度高、参数可独立调控的多通道光遗传系统，以满足光遗传学领域中大规模神经动力学研究需求。在该系统中，设计了一款1转7扇出多模光纤束，将光纤束与扫描振镜相结合，并利用时分复用技术调制不同波长的光源，以实现高质量的多通道记录和通道可选择的光刺激。评估了多光纤通道的参数稳定性，在小鼠前额叶、杏仁核、腹侧被盖等脑区同步记录了4个通道的钙信号。通过振镜靶向特定的光纤通道，可对自由移动的小鼠进行光遗传干预。该系统可用于活体多脑区光遗传干预与记录，为神经环路研究和行为学实验提供了有力工具。
生物光学 光遗传学 光刺激 多通道 多模光纤
为了给光遗传应用领域提供更大的光刺激面积以及区域可选择性的光刺激，本课题组研制了一套结构简单、可无线调控刺激参数、可独立控制的多通道光遗传刺激系统。采用LED芯片作为光源，利用光刻技术与微焊接工艺制作了一个具有阵列式光源的蓝光刺激器，并结合无线通信模块实现了刺激器的无线控制功能。光刺激器的尺寸为46 mm×30 mm，重7.134 g。测试结果表明：光极表面的最大输出光功率为24.6 mW，满足ChR2激活神经元的条件；输出光频率的可调控范围为1~500 Hz，最大输出误差小于1%，占空比可调控范围为0~100%，无线通信距离可达50 m。本系统可应用于多点大面积的光遗传领域调控、细胞培养及大面积光照需求的场所，为部分神经环路的调控及研究提供有效工具。
医用光学 光遗传学 光刺激 μLED阵列 无线控制 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1917001
1 上海大学通信与信息工程学院, 上海 200444
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室, 江苏 苏州 215163
为了解决常规选择性激活方法无法与激光扫描共焦显微镜共用扫描光路,难以与成像光路同轴的问题,提出一种同轴扫描式实时光刺激系统,使用现场可编程门阵列控制声光调制器,以调制激光扫描共焦显微镜的成像光源,经成像光路扫描后,刺激输出和成像扫描实现同步;该系统采用Xilinx KC705开发板中现场可编程门阵列集成的外设部件互连标准硬核,采用外设部件互连标准接口将上位机的刺激图像传输到现场可编程门阵列。测试结果表明,所提系统可以满足传输要求,能有效调节光刺激区域。
显微 光刺激 现场可编程门阵列 激光扫描共焦显微镜 声光调制器 光调制
南京航空航天大学自动化学院, 江苏 南京 210016
采用近似熵算法得到19名健康志愿者在5 Hz频率的光（每秒光重复诱发5次）诱发前后的脑电(EEG)θ波段近似熵值(Apen θ)，经T-检验(P<0.05)发现光诱发后Apen θ值显著下降，其中在顶部、前额、颞部和枕部位置有显著性变化，颞部和枕部变化最大，左右半脑平均Apen θ均减少，右脑区更为显著。结果表明Apen θ能够描述外部光诱发情况下的EEG波段特征，并定量给出外部光诱发程度。
医用光学 脑电 光刺激 θ波 近似熵 激光与光电子学进展
2012, 49(3): 031701
