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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710947799.9 (22)申请日 2017.10.12 (71)申请人 中国人民解放军第四军医大学 地址 710032 陕西省西安市长乐西路169号 (72)发明人 丁桂荣张克英安广洲周艳 林加金 (74)专利代理机构 北京汇信合知识产权代理有 限公司 11335 代理人 吴甘棠 (51)Int.Cl. C12M 1/42(2006.01) C12M 1/36(2006.01) C12M 1/34(2006.01) C12N 13/00(2006.01) C12Q 1。
2、/02(2006.01) (54)发明名称 一种神经调控方法及装置 (57)摘要 本申请提供一种神经调控方法及装置， 涉及 医疗器械技术领域， 用以解决现有技术中神经调 控装置的不足， 包括： 脑片固定装置， 所述脑片固 定装置中固定有离体活脑片， 在所述脑片固定装 置中填充有循环的满足预设温度的脑脊液， 并在 所述脑片固定装置中形成脑脊液回路； 其中， 所 述离体活脑片通过对受体感兴趣的大脑区域进 行转染后， 并按照预设方式得到的； 电刺激装置， 所述电刺激装置与所述脑片固定装置相连， 用于 向所述脑片固定装置中的离体活脑片实施刺激； 采集装置， 用于在所述电刺激装置对所述离体活 脑片实施刺。
3、激过程中， 实时展示慢病毒转染标记 的细胞行为学和形态学的变化， 或者细胞内细胞 器和细胞质中离子的变化。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 107858283 A 2018.03.30 CN 107858283 A 1.一种神经调控装置， 其特征在于， 包括： 脑片固定装置， 所述脑片固定装置中固定有离体活脑片， 在所述脑片固定装置中填充 有循环的满足预设温度的脑脊液， 并在所述脑片固定装置中形成脑脊液回路； 其中， 所述离体活脑片通过对受体感兴趣的大脑区域进行转染后， 并按照预设方式得 到的； 电刺激装置， 所述电刺激装置与所述脑片固定装置相连， 用于向所述脑片固定装置中 的离体。
4、活脑片实施刺激； 采集装置， 用于在所述电刺激装置对所述离体活脑片实施刺激过程中， 实时展示慢病 毒转染标记的细胞行为学和形态学的变化， 或者细胞内细胞器和细胞质中离子的变化。 2.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述脑片固定装置中包括第一回路， 以及 设置在第一回路上的第一入口和第一出口， 其中， 所述第一回路用于容纳所述脑脊液， 以形 成所述脑脊液回路， 所述第一回路与所述第一入口相通， 所述第一出口与所述第一回路相 通， 所述第一入口用于向所述第一回路输入所述脑脊液， 所述第一出口用于将所述第一回 路中的脑脊液输出， 以使得脑脊液在所述第一回路中循环。 3.根据权利要求1或2所。
5、述的装置， 其特征在于， 所述脑片固定装置的四角分别设置有 刺激电极， 设置在所述脑片固定装置四角的刺激电极中的任意两角的刺激电极与所述电刺 激装置相连， 用于在所述电刺激装置输出的电流的作用下输出不同类型的电场。 4.根据权利要求1-3任一项所述的装置， 其特征在于， 刺激电极为电磁装置， 所述电磁 装置内具有磁铁内芯， 所述电磁装置用于在所述电刺激装置输出的电流的作用下产生感应 磁场。 5.一种神经调控的方法， 其特征在于， 应用于如权利要求1-4任一项所述的神经调控装 置中， 所述方法包括： 控制单元控制移动装置将脑片固定装置移动至采集装置的采集范围内； 所述脑片固定 装置中固定有离体活。
6、脑片， 在所述脑片固定装置中填充有循环的满足预设温度的脑脊液， 并在所述脑片固定装置中形成脑脊液回路； 所述控制单元在确定所述脑片固定装置移动至采集装置的采集范围内后， 向所述电刺 激装置发送第一控制信号， 所述第一控制信号用于指示所述电刺激装置对固定在所述脑片 固定装置中的所述离体活脑片实施刺激； 所述电刺激装置根据所述第一控制信号， 对所述离体活脑片实施刺激以及向所述采集 装置发送第二控制信号， 所述第二控制信号用于触发所述采集装置在所述电刺激装置对所 述离体活脑片实施刺激过程中， 实时展示慢病毒转染标记的细胞行为学和形态学的变化， 或者细胞内细胞器和细胞质中离子的变化； 所述采集装置在所。
7、述第二控制信号的触发下， 在所述电刺激装置对所述离体活脑片实 施刺激过程中， 实时展示慢病毒转染标记的细胞行为学和形态学的变化， 或者细胞内细胞 器和细胞质中离子的变化。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述脑片固定装置的四角分别设置有刺激 电极， 设置在所述脑片固定装置四角的刺激电极中的任意两角的刺激电极与所述电刺激装 置相连， 任意两个刺激电极在所述电刺激装置输出的电流的作用下输出不同类型的电场， 所述方法还包括： 权利要求书 1/2 页 2 CN 107858283 A 2 所述控制单元控制所述电刺激装置与设置在所述脑片固定装置四角的刺激电极中的 任意两角的刺激电极相连， 。
8、并控制所述电刺激装置通过任意两角的刺激电极向所述离体活 脑片实施刺激。 7.根据权利要求5或6所述的方法， 其特征在于， 刺激电极为电磁装置， 所述电磁装置内 具有磁铁内芯， 所述电磁装置在所述电刺激装置输出的电流的作用下产生感应磁场， 所述 方法还包括： 所述控制单元控制所述电刺激装置向所述磁铁内芯输入直流电， 以产生静磁场， 或者 所述控制单元控制所述电刺激装置向所述磁铁内芯输入脉冲电流以产生脉冲磁场； 或者所 述控制单元控制所述电刺激装置向所述磁铁内芯输入交流电， 以产生交变磁场。 8.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 所述控制单元控制输入至所述第一回路的脑脊液。
9、的流速与从所述第一回路中输出的 脑脊液的流速相等。 9.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述神经调控装置还包括： 夹持装置， 所述 夹持装置用于夹持所述脑片固定装置， 所述方法还包括： 所述控制单元在第三控制信号的触发下， 通过所述夹持装置将所述脑片固定装置移动 至所述采集装置的采集范围内。 10.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 所述控制单元获取所述电刺激装置对所述离体活脑片实施刺激过程中， 所述采集装置 采集到的慢病毒转染标记的细胞行为学和形态学的变化， 或者细胞内细胞器和细胞质中离 子的变化； 所述控制单元将在同等刺激参数下， 所述采集到的慢病毒转染标。
10、记的细胞行为学和形 态学的变化， 或者细胞内细胞器和细胞质中离子的变化与受体在同等刺激参数下所产生的 反应做对比， 以确定目标调控机制。 权利要求书 2/2 页 3 CN 107858283 A 3 一种神经调控方法及装置 技术领域 0001 本申请涉及医疗器械技术领域， 尤其涉及一种神经调控方法及装置。 背景技术 0002 随着物理因子治疗中枢神经系统疾病的有效性和安全性逐渐被证实， 关于该方面 研究的广度和深度正在不断延伸， 其中以电刺激和磁刺激为代表的无创神经调控技术在基 础研究和临床研究中都取得了进步。 但由于研究方法的局限性， 基础研究主要集中于生物 效应的计算机仿真模拟或采用分子生。
11、物学等手段研究神经调控相关的分子信号通路， 可是 这种形式的研究一方面因为生物个体的大脑结构特异性较大以至于仿真模拟的结果在生 物个体中难以再现， 另一方面无创神经调控技术是通过外加电场或磁场发挥神经调控作 用， 是否会在分子层面发挥微观调控作用尚不明确， 但现阶段又缺乏适用于基础研究的宏 观研究手段而严重制约了该技术的深入探索。 在临床研究中虽然可以通过功能性磁共振、 近红外成像和脑电图等方式宏观的研究神经调控机制， 但是研究结果不够系统， 观察的精 度和空间分辨率显著不足。 因而现阶段急需一种新的研究方法来解决临床宏观研究和基础 微观研究的不足， 以促进无创神经调控激技术对大脑调控机制的深。
12、入研究。 发明内容 0003 本申请提供一种神经调控方法及装置， 用以解决现有技术中神经调控装置的不 足。 0004 第一方面， 本发明实施例提供一种神经调控装置， 包括： 脑片固定装置， 所述脑片 固定装置中固定有离体活脑片， 在所述脑片固定装置中填充有循环的满足预设温度的脑脊 液， 并在所述脑片固定装置中形成脑脊液回路； 其中， 所述离体活脑片通过对受体感兴趣的 大脑区域进行转染后， 并按照预设方式得到的； 电刺激装置， 所述电刺激装置与所述脑片固 定装置相连， 用于向所述脑片固定装置中的离体活脑片实施刺激； 采集装置， 用于在所述电 刺激装置对所述离体活脑片实施刺激过程中， 实时展示慢病。
13、毒转染标记的细胞行为学和形 态学的变化， 或者细胞内细胞器和细胞质中离子的变化。 0005 结合第一方面， 在第一方面的第一种可能的实现方式中， 脑片固定装置中包括第 一回路， 以及设置在第一回路上的第一入口和第一出口， 其中， 所述第一回路用于容纳所述 脑脊液， 以形成所述脑脊液回路， 所述第一回路与所述第一入口相通， 所述第一出口与所述 第一回路相通， 所述第一入口用于向所述第一回路输入所述脑脊液， 所述第一出口用于将 所述第一回路中的脑脊液输出， 以使得脑脊液在所述第一回路中循环。 0006 结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式， 在第一方面的第二种可能的 实现方式中， 脑片固定。
14、装置的四角分别设置有刺激电极， 设置在脑片固定装置四角的刺激 电极中的任意两角的刺激电极与所述电刺激装置相连， 用于在所述电刺激装置输出的电流 的作用下输出不同类型的电场。 0007 结合第一方面的第二种可能的实现方式， 在第一方面的第三种可能的实现方式 说明书 1/8 页 4 CN 107858283 A 4 中， 电刺激装置具有以下至少一种刺激模式： 直流刺激模式、 脉冲刺激模式、 正弦刺激模式 以及伪刺激模式(不产生电流， 相当于未通电状态)。 其中， 直流刺激模式下， 电压可调范围： 0-18V， 电流可调范围0-5A， 最小精度1 A； 正弦刺激模式的可调频率范围为： 0.01-25。
15、0Hz； 脉 冲刺激模式的可调脉冲周期100-2000ms， 脉宽可调范围为100-2000ms。 0008 结合第一方面或第一方面的第三种可能的实现方式， 在第一方面的第四种可能的 实现方式中， 刺激电极为电磁装置， 所述电磁装置内具有磁铁内芯， 所述电磁装置用于在所 述电刺激装置输出的电流的作用下产生感应磁场。 0009 结合第一方面至第一方面的第四种可能的实现方式中的任一项， 在第一方面的第 五种可能的实现方式中， 本申请提供的装置还包括： 载物台， 所述采集装置通过支架设置在 所述载物台上， 所述载物台用于固定所述脑片固定装置， 所述脑片固定装置位于所述采集 装置的正下方。 0010 。
16、结合第一方面至第一方面的第五种可能的实现方式中的任一项， 在第一方面的第 六种可能的实现方式中， 本申请中的采集装置为荧光显微镜。 0011 结合第一方面至第一方面的第六种可能的实现方式中的任一项， 在第一方面的第 七种可能的实现方式中， 离体活脑片的厚度为300 m。 0012 结合第一方面至第一方面的第七种可能的实现方式中的任一项， 在第一方面的第 八种可能的实现方式中， 第一入口与蠕动泵连接， 蠕动泵用于通过第一入口向第一回路中 输入满足预设温度的充氧脑脊液。 0013 结合第一方面至第一方面的第八种可能的实现方式中的任一项， 在第一方面的第 九种可能的实现方式中， 第一出口通过管道连接。
17、有收集装置， 所述收集装置用于收集从所 述第一出口输出的脑脊液。 0014 结合第一方面至第一方面的第九种可能的实现方式中的任一项， 在第一方面的第 十种可能的实现方式中， 从第一出口输出的脑脊液的速度大于或等于从第一入口输入的脑 脊液的速度。 0015 结合第一方面至第一方面的第十种可能的实现方式中的任一项， 在第一方面的第 十一种可能的实现方式中， 本申请提供的装置还包括： 控制单元， 用于控制所述脑片固定装 置移动至所述采集装置的采集范围内。 0016 结合第一方面至第一方面的第十一种可能的实现方式中的任一项， 在第一方面的 第十二种可能的实现方式中， 控制单元， 与所述电刺激装置连接，。
18、 所述控制单元， 还用于在 所述脑片固定装置移动至所述采集装置的采集范围内时， 触发所述电刺激装置向所述脑片 固定装置内的离体活脑片实施电刺激。 0017 结合第一方面至第一方面的第十二种可能的实现方式中的任一项， 在第一方面的 第十三种可能的实现方式中， 控制单元还与蠕动泵连接， 所述控制单元， 还用于控制所述蠕 动泵向所述第一回路中按照预设速度输入所述脑脊液， 所述蠕动泵用于提供脑脊液。 0018 结合第一方面至第一方面的第十三种可能的实现方式中的任一项， 在第一方面的 第十四种可能的实现方式中， 装置还包括： 夹持装置， 所述夹持装置用于夹持所述脑片固定 装置， 所述控制单元与所述夹持装。
19、置连接， 所述夹持装置还用于在所述控制单元的触发下， 控制所述脑片固定装置移动至所述采集装置的采集范围内。 0019 结合第一方面至第一方面的第十四种可能的实现方式中的任一项， 在第一方面的 说明书 2/8 页 5 CN 107858283 A 5 第十五种可能的实现方式中， 控制单元用于获取所述电刺激装置对所述离体活脑片实施刺 激过程中， 所述采集装置采集到的慢病毒转染标记的细胞行为学和形态学的变化， 或者细 胞内细胞器和细胞质中离子的变化； 0020 所述控制单元还用于， 将在同等刺激参数下， 所述采集到的慢病毒转染标记的细 胞行为学和形态学的变化， 或者细胞内细胞器和细胞质中离子的变化与。
20、受体在同等刺激参 数下所产生的反应做对比， 以确定目标调控机制。 0021 第二方面， 本发明实施例提供一种神经调控的方法， 应用于第一方面至第一方面 的任意一种可能的实现方式所描述的神经调控装置中， 该方法包括： 控制单元控制移动装 置将脑片固定装置移动至采集装置的采集范围内； 所述脑片固定装置中固定有离体活脑 片， 在所述脑片固定装置中填充有循环的满足预设温度的脑脊液， 并在所述脑片固定装置 中形成脑脊液回路； 所述控制单元在确定所述脑片固定装置移动至采集装置的采集范围内 后， 向所述电刺激装置发送第一控制信号， 所述第一控制信号用于指示所述电刺激装置对 固定在所述脑片固定装置中的所述离体。
21、活脑片实施刺激； 所述电刺激装置根据所述第一控 制信号， 对所述离体活脑片实施刺激以及向所述采集装置发送第二控制信号， 所述第二控 制信号用于触发所述采集装置在所述电刺激装置对所述离体活脑片实施刺激过程中， 实时 展示慢病毒转染标记的细胞行为学和形态学的变化， 或者细胞内细胞器和细胞质中离子的 变化； 0022 所述采集装置在所述第二控制信号的触发下， 在所述电刺激装置对所述离体活脑 片实施刺激过程中， 实时展示慢病毒转染标记的细胞行为学和形态学的变化， 或者细胞内 细胞器和细胞质中离子的变化。 0023 结合第二方面， 在第二方面的第一种可能的实现方式中， 控制单元， 还用于控制蠕 动泵向所。
22、述第一回路中按照预设速度输入所述脑脊液， 所述蠕动泵用于提供脑脊液。 0024 结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式， 在第二方面的第二种可能的 实现方式中， 脑片固定装置的四角分别设置有刺激电极， 设置在所述脑片固定装置四角的 刺激电极中的任意两角的刺激电极与所述电刺激装置相连， 用于在所述电刺激装置输出的 电流的作用下输出不同类型的电场， 所述方法还包括： 0025 所述控制单元控制所述电刺激装置与设置在所述脑片固定装置四角的刺激电极 中的任意两角的刺激电极相连， 并控制所述电刺激装置通过任意两角的刺激电极向所述离 体活脑片实施刺激。 0026 结合第二方面至第二方面的第二种可能的。
23、实现方式中的任一项， 在第二方面的第 三种可能的实现方式中， 刺激电极为电磁装置， 所述电磁装置内具有磁铁内芯， 所述电磁装 置用于在所述电刺激装置输出的电流的作用下产生感应磁场， 所述方法还包括： 0027 所述控制单元控制所述电刺激装置向所述磁铁内芯输入直流电， 以产生静磁场， 或者所述控制单元控制所述电刺激装置向所述磁铁内芯输入脉冲电流以产生脉冲磁场； 或 者所述控制单元控制所述电刺激装置向所述磁铁内芯输入交流电， 以产生交变磁场。 0028 结合第二方面至第二方面的第三种可能的实现方式中的任一项， 在第二方面的第 四种可能的实现方式中， 控制单元还用于控制输入至所述第一回路的脑脊液的流。
24、速与从所 述第一回路中输出的脑脊液的流速相等。 0029 结合第二方面至第二方面的第四种可能的实现方式中的任一项， 在第二方面的第 说明书 3/8 页 6 CN 107858283 A 6 五种可能的实现方式中， 神经调控装置还包括： 夹持装置， 所述夹持装置用于夹持所述脑片 固定装置， 所述方法还包括： 0030 控制单元在第三控制信号的触发下， 通过所述夹持装置将所述脑片固定装置移动 至所述采集装置的采集范围内。 0031 结合第二方面至第二方面的第五种可能的实现方式中的任一项， 在第二方面的第 六种可能的实现方式中， 本申请提供的方法还包括： 所述控制单元， 还用于获取所述电刺激 装置对。
25、所述离体活脑片实施刺激过程中， 所述采集装置采集到的慢病毒转染标记的细胞行 为学和形态学的变化， 或者细胞内细胞器和细胞质中离子的变化； 0032 所述控制单元， 还用于将在同等刺激参数下， 所述采集到的慢病毒转染标记的细 胞行为学和形态学的变化， 或者细胞内细胞器和细胞质中离子的变化与受体在同等刺激参 数下所产生的反应做对比， 以确定目标调控机制。 附图说明 0033 图1为本发明实施例提供的一种神经调控装置的结构示意图； 0034 图2为本发明实施例提供的神经调控装置的部件结构示意图； 0035 图3为本发明实施例提供的磁铁内芯的结构示意图； 0036 图4为本发明实施例提供的又一种神经调。
26、控装置的结构示意图； 0037 图5为本发明实施例提供的一种标记过程示意图。 具体实施方式 0038 如图1所示， 图1示出了本申请提供的一种神经调控装置的结构示意图， 如图1所 示， 该装置包括： 脑片固定装置101， 所述脑片固定装置101中固定有离体活脑片， 在所述脑 片固定装置101中填充有循环的满足预设温度的脑脊液， 并在所述脑片固定装置101中形成 脑脊液回路； 其中， 离体活脑片通过对受体感兴趣的大脑区域进行转染后， 并按照预设方式 得到的； 电刺激装置102， 电刺激装置102与脑片固定装置101相连， 用于向所述脑片固定装 置101中的离体活脑片实施刺激。 0039 采集装置。
27、103， 用于在所述电刺激装置102对所述离体活脑片实施刺激过程中， 实 时采集慢病毒转染标记的细胞行为学和形态学的变化， 或者细胞内细胞器和细胞质中离子 的变化。 0040 可选的， 脑片固定装置采用绝缘材质， 例如， 塑料， 这样可以避免在电刺激装置向 所述脑片固定装置101中的离体活脑片实施刺激过程中产生干扰， 同时， 脑片固定装置中设 置有绝缘的固定部件， 用于固定离体活脑片， 确保采集装置在采集变化的过程中的离体活 脑片的稳定性， 此外， 由于脑脊液是在脑片固定装置中形成回路的， 因此固定部件还可以避 免循环的脑脊液对离体活脑片的冲击， 该固定部件为尼龙纤维。 0041 本申请中离体。
28、活脑片的获取可以通过以下方式： 0042 本发明工作原理如下： 0043 1.在实验前通过定位注射的方式将能够标记特定神经细胞(如神经干细胞、 神经 元、 胶质细胞等)、 细胞内部的细胞器(线粒体)或细胞质中离子(Ca2+)等的慢病毒(感兴趣 的脑区是由研究者决定的， 不同的脑区在大脑功能调节中起的作用也不同， 研究者决定研 说明书 4/8 页 7 CN 107858283 A 7 究哪种大脑功能， 这个功能对应的脑区就是感兴趣的脑区； 慢病毒转染的主要目的是将特 定的神经细胞做标记以便于后期观察研究， 因为在没有标记的大脑中很难区分不同类型的 神经细胞， 通过慢病毒标记后特定的细胞就会在荧光。
29、显微镜下显示不同的颜色， 比如对神 经元标记了红色荧光蛋白， 那么在荧光显微镜下发出红光的细胞就是神经元， 没有标记的 细胞在荧光显微镜下不发出荧光， 这样可以更精准的研究特定细胞在神经调控技术下发挥 的作用。 当然标记的方法有很多种， 病毒的种类也很多， 常用的有慢病毒、 腺病毒， 这两种使 用都很普及， 功能上没有什么差异； 另一种标记的方法是通过转基因动物， 在特定的神经细 胞中加入某种荧光蛋白的基因片段， 这样这一类神经细胞就都表达荧光蛋白了， 但是转基 因动物造价高、 周期长， 子代遗传稳定性难以保证)对感兴趣的大脑区域进行转染(转染的 结果就是特定的神经细胞转染上了病毒携带的基因，。
30、 并且这些基因整合到了这些细胞的 DNA中， 之后就可以表达转入的基因并合成荧光蛋白， 所以转染成功的细胞在显微镜下可以 显示出这种荧光蛋白的颜色， 也可以说显示这种颜色的就是这个细胞， 两者是等价的)； 0044 2.对慢病毒转染标记后的实验动物麻醉后断头取脑， 之后利用震动切片机在提前 充氧并预冷至0的人工脑脊液中切成300 m厚度的离体脑片(预冷的人工脑脊液可以降低 脑组织的代谢速度， 延缓细胞死亡； 人工脑脊液中充氧是为了更好的模拟在体环境， 更好的 维持离体脑片中细胞的存活状态)； 0045 3.切取的离体活脑片转移到37的充氧人工脑脊液中复温30min(切片时在低温 环境中降低代谢。
31、可以提高脑细胞存活率， 可是进行电场或磁场刺激观察时需要细胞处于正 常生理状态， 所以需要对脑片在37复温)； 0046 4.把复温后的离体活脑片转移并固定于脑片固定装置中， 并将37的充氧人工脑 脊液通过蠕动泵在脑片固定装置中形成脑脊液回路， 以模拟在体脑脊液循环过程， 更好的 维持离体脑片的存活状态。 0047 通过对感兴趣脑区的特定神经细胞(如神经干细胞、 神经元、 胶质细胞等)(神经细 胞作为大脑功能的基本单位， 在无创神经调控技术， 即电刺激、 磁刺激发挥神经调控作用时 可能会在形态结构、 行为状态、 电生理、 离子浓度等方面发生一系列变化， 所以研究特定的 神经细胞可以更好的解读这。
32、些调控技术的调控机制)、 细胞内部的细胞器(线粒体)或细胞 质中离子(Ca2+)等进行慢病毒转染标记后， 在离体条件(是指将特定的神经细胞标记后在 离体条件下营造脑组织在体内的存活环境， 从而确保离体脑组织能够存活并进行后续的机 制研究； 离体条件： 温度37； 人工脑脊液配方： NaCl 124mM,KCl 2.5mM,NaHCO3 26mM, NaH2PO4 1.25mM,MgCl2 1mM,CaCl2 2mM,C6H12O6 10mM,PH 7.3-7.4； 人工脑脊液中输入 95O2和5CO2混合气体)下营造脑组织(脑组织是指将动物麻醉后快速取下完整的大脑， 之后利用振动切片机在0的人。
33、工脑脊液中将完整的大脑切成厚度为300 m脑组织切片(切 片内的细胞是活的)； 在切成的众多脑组织切片中， 根据大脑的解剖结构， 可以判断哪个脑 组织切片中含有自己之前标记了特定神经细胞的感兴趣的脑区)在体内的存活环境， 进而 成功培养离体活脑片(动物麻醉快速取脑后大脑是完整的， 通过振动切片机在0的人工脑 脊液中将完整的大脑切成厚度为300 m脑组织切片， 这时离体的脑组织切片中的神经细胞 都是存活的， 并且这些离体脑片中的神经细胞可以在人工脑脊液中存活很长时间， 3-5个小 时不等， 离体活脑片， 主要是说离体脑片中神经细胞是活的)以开展机制研究。 0048 可选的， 如图2所示， 脑片固。
34、定装置101中包括第一回路1011， 以及设置在第一回路 说明书 5/8 页 8 CN 107858283 A 8 011上的第一入口1012和第一出口1013， 其中， 所述第一回路1011用于容纳所述脑脊液， 以 形成所述脑脊液回路， 所述第一回路1011与所述第一入口1012相通， 所述第一出口1013与 所述第一回路1011相通， 所述第一入口1012用于向所述第一回路1011输入所述脑脊液， 所 述第一出口1013用于将所述第一回路1011中的脑脊液输出， 以使得脑脊液在所述第一回路 1011中循环。 0049 可选的， 如图1所示， 该第一出口通过导管与废液收集装置104连接， 该。
35、第一出口与 导管连接处设置有第一阀门， 该第一阀门与神经调控装置的控制单元连接， 该控制单元用 于控制该第一阀门的开启或者打开， 此外， 控制单元还可以控制第一阀门的流量， 以控制从 第一出口流出的脑脊液的流速。 该第一入口通过导管与蠕动泵105连接， 所述蠕动泵105与 容纳脑脊液的容器106连接， 该容器106还与氧气产生装置107连接， 该氧气产生装置107用 于向容器106输入氧气， 以模拟脑脊液在受体中的环境。 该蠕动泵105与控制单元连接， 该控 制单元还用于控制蠕动泵105按照预设速度向第一回路中输入脑脊液。 具体的， 该控制装置 还可以控制蠕动泵停止向第一回路中输入脑脊液， 或。
36、者通过调整蠕动泵的参数， 以改变向 第一回路中输入脑脊液的速度。 0050 可选的， 如图2所示， 脑片固定装置101的四角分别设置有刺激电极1014， 设置在脑 片固定装置101四角的刺激电极1014中的任意两角的刺激电极与所述电刺激装置102相连， 用于在所述电刺激装置102输出的电流的作用下输出不同类型的电场。 本申请中电刺激装 置所连接的刺激电极不同， 可以产生横向、 纵向、 斜向的电场。 具体的， 任意两个刺激电极 1014通过电极连接接头1015与电刺激装置102连接。 0051 其中， 该刺激电极可拆卸固定在脑片固定装置上。 0052 具体的， 电刺激装置具有以下至少一种刺激模式。
37、： 直流刺激模式、 脉冲刺激模式、 正弦刺激模式以及伪刺激模式。 其中， 直流刺激模式下， 电压可调范围： 0-18V， 电流可调范 围0-5A， 最小精度1 A； 正弦刺激模式的可调频率范围为： 0.01-250Hz； 脉冲刺激模式的可调 脉冲周期100-2000ms， 脉宽可调范围为100-2000ms。 0053 具体的， 电刺激装置可以通过所连接的刺激电极向离体活脑片输出的电场包括： 直流电场、 脉冲电场、 交流电场、 正弦变化的电场。 0054 可选的， 如图2所示， 刺激电极为电磁装置， 所述电磁装置内具有磁铁内芯108， 所 述电磁装置用于在所述电刺激装置输出的电流的作用下产生感。
38、应磁场。 当所述刺激电极为 电磁装置时， 所述刺激电极通过接线柱1016与所述电刺激装置102连接。 0055 具体的， 该磁铁内芯108为U型磁铁内芯的螺旋管。 该磁铁内芯108的结构如图3所 示。 0056 本申请中通过外加磁场是通过螺线管将输入电流转化成磁场的， 也就是说， 输入 电流为直流电时产生静磁场， 输入脉冲电流产生脉冲磁场， 输入交流电产生交变磁场等。 0057 可选的， 本申请提供的装置还包括： 载物台， 所述采集装置103通过支架设置在所 述载物台上， 所述载物台用于固定所述脑片固定装置， 所述脑片固定装置位于所述采集装 置103的正下方。 0058 可选的， 该载物台上设。
39、置有用于盛放脑片固定装置的卡槽， 该卡槽的形状与所述 脑片固定装置的形状匹配。 0059 该采集装置103为荧光显微镜。 说明书 6/8 页 9 CN 107858283 A 9 0060 本申请中通过电刺激装置向固定有离体活脑片的脑片固定装置施加电场或磁场， 以在电场或磁场的刺激过程中细胞行为学和形态学的实时变化， 或者细胞内细胞器和细胞 质中离子的实时变化， 从而通过荧光显微镜实时的、 可视化的方法在活脑片中研究无创神 经调控技术对大脑的调控机制。 (可视化主要指可以在显微镜下观察离体活脑片中被标记 了的特定神经细胞， 实现了可视化就可以实时的观察外加电场或磁场作用下这些被标记的 细胞的变。
40、化) 0061 可选的， 离体活脑片的厚度为300 m。 0062 具体的， 从第一出口输出的脑脊液的速度大于或等于从第一入口输入的脑脊液的 速度。 0063 如图4所示， 本申请提供了上述神经调控装置的结构示意图， 如图4所示， 电刺激装 置包括:电源管理模块、 该电源管理模块与电源相连用于向波形试生产模块以及显示模块 提供工作电压， 该波形生成模块用于向离体活脑片实施电刺激时的波形， 具体的该波形生 成模块包括时间生成模块， 用于设置电刺激时的时间参数， 直流刺激模块， 用于向离体活脑 片实施电刺激时输出电流波形为直流波形； 脉冲刺激模块， 用于向离体活脑片实施电刺激 时输出电流波形为脉冲。
41、波形； 正弦刺激模块， 用于向离体活脑片实施电刺激时输出的电流 波形为正弦波形， 显示模块用于显示电刺激时由波形生成模块输出的各种波形以及刺激时 间参数。 具体的， 波形生成模块还与D/A转换模块连接， 该D/A转换模块用于将波形生成模块 生成的各种波形的电流转换为模拟信号并输出至刺激电极。 0064 本发明实施例提供一种神经调控的方法， 应用于如图1或如图2所描述的神经调控 装置中， 该方法包括： 0065 S101、 控制单元控制移动装置将脑片固定装置移动至采集装置的采集范围内； 所 述脑片固定装置中固定有离体活脑片， 在所述脑片固定装置中填充有循环的满足预设温度 的脑脊液， 并在所述脑片。
42、固定装置中形成脑脊液回路。 0066 S102、 控制单元在确定所述脑片固定装置移动至采集装置的采集范围内后， 向所 述电刺激装置发送第一控制信号， 所述第一控制信号用于指示所述电刺激装置对固定在所 述脑片固定装置中的所述离体活脑片实施刺激。 0067 S103、 电刺激装置根据所述第一控制信号， 对所述离体活脑片实施刺激以及向所 述采集装置发送第二控制信号， 所述第二控制信号用于触发所述采集装置在所述电刺激装 置对所述离体活脑片实施刺激过程中， 实时展示慢病毒转染标记的细胞行为学和形态学的 变化， 或者细胞内细胞器和细胞质中离子的变化。 0068 S104、 采集装置在所述第二控制信号的触发。
43、下， 在所述电刺激装置对所述离体活 脑片实施刺激过程中， 实时展示慢病毒转染标记的细胞行为学和形态学的变化， 或者细胞 内细胞器和细胞质中离子的变化。 0069 可选的， 控制单元控制蠕动泵向所述第一回路中按照预设速度输入所述脑脊液， 所述蠕动泵用于提供脑脊液。 0070 可选的， 脑片固定装置的四角分别设置有刺激电极， 设置在所述脑片固定装置四 角的刺激电极中的任意两角的刺激电极与所述电刺激装置相连， 用于在所述电刺激装置输 出的电流的作用下输出不同类型的电场， 本申请提供的方法还包括： 0071 S105、 控制单元控制所述电刺激装置与设置在所述脑片固定装置四角的刺激电极 说明书 7/8 。
44、页 10 CN 107858283 A 10 中的任意两角的刺激电极相连， 并控制所述电刺激装置通过任意两角的刺激电极向所述离 体活脑片实施刺激。 0072 可选的， 刺激电极为电磁装置， 所述电磁装置内具有磁铁内芯， 所述电磁装置用于 在所述电刺激装置输出的电流的作用下产生感应磁场， 本申请提供的方法还包括： 0073 S106、 控制单元控制所述电刺激装置向所述磁铁内芯输入直流电， 以产生静磁场， 或者所述控制单元控制所述电刺激装置向所述磁铁内芯输入脉冲电流以产生脉冲磁场； 或 者所述控制单元控制所述电刺激装置向所述磁铁内芯输入交流电， 以产生交变磁场。 0074 可选的， 控制单元还用于。
45、控制输入至所述第一回路的脑脊液的流速与从所述第一 回路中输出的脑脊液的流速相等。 0075 可选的， 神经调控装置还包括： 夹持装置， 所述夹持装置用于夹持所述脑片固定装 置， 所述方法还包括： 0076 S107、 控制单元在第三控制信号的触发下， 通过所述夹持装置将所述脑片固定装 置移动至所述采集装置的采集范围内。 0077 可选的， 本申请提供的方法还包括： 0078 S108、 控制单元获取所述电刺激装置对所述离体活脑片实施刺激过程中， 所述采 集装置采集到的慢病毒转染标记的细胞行为学和形态学的变化， 或者细胞内细胞器和细胞 质中离子的变化； 0079 S109、 控制单元将在同等刺激。
46、参数下， 所述采集到的慢病毒转染标记的细胞行为 学和形态学的变化， 或者细胞内细胞器和细胞质中离子的变化与受体在同等刺激参数下所 产生的反应做对比， 以确定目标调控机制。 0080 如图5所示， 图5示出了本申请提供的标记离体活脑片的具体流程： 具体的在实验 前通过定位注射的方式将能够标记特定神经细胞(如神经干细胞、 神经元、 胶质细胞等)、 细 胞内部的细胞器(线粒体)或细胞质中离子(Ca2+)等的慢病毒(感兴趣的脑区是由研究者决 定的， 不同的脑区在大脑功能调节中起的作用也不同， 研究者决定研究哪种大脑功能， 这个 功能对应的脑区就是感兴趣的脑区； 慢病毒转染的主要目的是将特定的神经细胞做。
47、标记以 便于后期观察研究， 因为在没有标记的大脑中很难区分不同类型的神经细胞， 通过慢病毒 标记后特定的细胞就会在荧光显微镜下显示不同的颜色， 比如对神经元标记了红色荧光蛋 白， 那么在荧光显微镜下发出红光的细胞就是神经元， 没有标记的细胞在荧光显微镜下不 发出荧光， 这样可以更精准的研究特定细胞在神经调控技术下发挥的作用。 当然标记的方 法有很多种， 病毒的种类也很多， 常用的有慢病毒、 腺病毒， 这两种使用都很普及， 功能上没 有什么差异； 另一种标记的方法是通过转基因动物， 在特定的神经细胞中加入某种荧光蛋 白的基因片段， 这样这一类神经细胞就都表达荧光蛋白了， 但是转基因动物造价高、 。
48、周期 长， 子代遗传稳定性难以保证)对感兴趣的大脑区域进行转染(转染的目的是上面标绿的部 分； 转染的结果就是特定的神经细胞转染上了病毒携带的基因， 并且这些基因整合到了这 些细胞的DNA中， 之后就可以表达转入的基因并合成荧光蛋白， 所以转染成功的细胞在显微 镜下可以显示出这种荧光蛋白的颜色， 也可以说显示这种颜色的就是这个细胞， 两者是等 价的)。 说明书 8/8 页 11 CN 107858283 A 11 图1 图2 说明书附图 1/3 页 12 CN 107858283 A 12 图3 图4 说明书附图 2/3 页 13 CN 107858283 A 13 图5 说明书附图 3/3 页 14 CN 107858283 A 14 。