光遗传学调控的动物行为学测试平台.pdf

《光遗传学调控的动物行为学测试平台.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光遗传学调控的动物行为学测试平台.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 102283137 A (43)申请公布日 2011.12.21 CN 102283137 A *CN102283137A* (21)申请号 201110246779.1 (22)申请日 2011.08.25 A01K 15/02(2006.01) A61B 5/04(2006.01) (71)申请人 中国科学院深圳先进技术研究院 地址 518055 广东省深圳市南山区西丽大学 城学苑大道 1068 号 (72)发明人 鲁艺 王立平 蔚鹏飞 (74)专利代理机构 广州华进联合专利商标代理 有限公司 44224 代理人 吴平 (54) 发明名称 光遗传学调控的动物行为学。

2、测试平台 (57) 摘要 本发明涉及一种光遗传学调控的动物行为学 测试平台， 用于对测试动物进行行为学测试， 该测 试平台包括中央控制系统、 环境控制系统、 行为学 监测系统、 光电检测调控系统及用于固定上述系 统的壳体装置。通过将光遗传学神经调控技术和 电生理、 行为学测试等结合起来， 建立了一套标准 化和集成化的用于测试动物光遗传学调控的行为 学测试平台， 通过该平台可以实现在一定的环境 内对测试动物进行光遗传学调控和行为学记录， 有助于理解动物光遗传学调控和行为学之间的关 系， 满足对神经系统和精神疾病的发病机制和治 疗机制研究的需求。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家。

3、知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 CN 102283145 A1/2 页 2 1. 一种光遗传学调控的动物行为学测试平台， 用于对测试动物进行行为学测试， 其特 征在于， 包括中央控制系统、 环境控制系统、 行为学监测系统、 光电检测调控系统及用于固 定上述系统的壳体装置 ； 所述中央控系统与所述环境控制系统、 行为学监测系统和光电检 测调控系统相连， 用于控制所述环境控制系统、 行为学监测系统和光电检测调控系统 ； 所述 环境控制系统用于控制所述测试平台的光照、 气体环境、 温度及湿度条件 ； 所述行为学监测 系统用于对测试动物的行为进行监测。

4、和分析， 并将分析结果反馈至所述中央控制系统 ； 所 述光电检测调控系统用于对测试动物进行光调控和电生理信号的检测， 并将检测得到的电 生理信号反馈至所述中央控制系统。 2. 如权利要求 1 所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 所述环境 控制系统包括光照系统和空气循环系统， 所述光照系统用于控制所述测试平台的光照时 间、 光照范围及光照强度， 所述空气循环系统用于控制所述测试平台的气体环境、 温度和湿 度条件， 所述空气循环系统包括固定在所述壳体装置上的送风器和开设在壳体装置上的出 风口。 3. 如权利要求 1 所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 所述行。

5、为 学监测系统包括固定在所述壳体装置上的摄像头和记录仪。 4. 如权利要求 1 所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 所述光电 检测调控系统包括光调控系统和电极系统， 所述光调控系统对测试动物导入了光敏感型基 因的细胞进行光刺激调控， 所述电极系统采集测试动物的电生理信号。 5. 如权利要求 4 所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 所述光调 控系统包括激光光源、 光纤单元及光纤接头 ； 所述激光光源通过光纤接头与所述光纤单元 相连， 向所述光纤单元发送激光脉冲 ； 所述光纤单元植入测试动物体内对导入了光敏感型 基因的细胞进行光刺激调控。 6. 如权利要求 。

6、5 所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 所述电极 系统包括电生理信号记录系统、 电极接头及电极单元 ； 所述电极单元植入测试动物体内采 集植入部位的电生理信号 ； 所述电生理信号记录系统通过所述电极接头与所述电极单元相 连， 接收电极单元采集的电生理信号并反馈至所述中央控制系统。 7. 如权利要求 6 所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 所述光纤 接头与所述电极接头固定在一起形成光电接头。 8. 如权利要求 7 所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 所述光纤 单元包括至少一个光纤， 所述电极单元包括至少一个电极， 所述光纤单元与所述电极。

7、单元 组成光电极阵列， 所述光纤单元和所述电极单元通过所述光电极阵列植入至测试动物体 内。 9. 如权利要求 8 所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 还包括用 于向测试动物体内注入光敏感型基因或实验药物的药物缓释系统。 10. 如权利要求 9 所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 所述药物 缓释系统通过微流导管植入测试动物体内。 11. 如权利要求 10 所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 所述微 流导管与所述光电极阵列固定在一起植入测试动物体内。 12.如权利要求1或11所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 还包 权。

8、 利 要 求 书 CN 102283137 A CN 102283145 A2/2 页 3 括远程生理监控系统， 所述远程生理监控系统通过植入测试动物体内的植入子对测试动物 的生理参数进行监控。 13.如权利要求1或11所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 所述 壳体装置包括至少一面由透明材料构成的方体外壳及设在所述外壳内的食水槽及供测试 动物活动的网状底板。 14. 如权利要求 13 所述的光遗传学调控的动物行为学测试平台， 其特征在于， 所述方 形外壳内部或外周设有用于屏蔽电磁信号的屏蔽网。 权 利 要 求 书 CN 102283137 A CN 102283145 A1。

9、/5 页 4 光遗传学调控的动物行为学测试平台 【技术领域】 0001 本发明涉及医疗器械领域， 尤其涉及一种光遗传学调控的动物行为学测试平台。 【背景技术】 0002 中枢神经系统疾病和精神疾病一直是威胁人类健康、 困扰人类正常生活的主要疾 病。目前中枢神经系统疾病和精神疾病全球患者已逾 5.6 亿人， 其中中国就有 1.3 亿。多 年来， 人们一直在研究和尝试许多新的治疗和研究方法， 却仍然未明确这些疾病的发病机 理和治疗机制。随着近几年光遗传学神经调控技术的出现和广泛的应用， 人们对上述问题 的认识逐渐深入， 对包括帕金森症在内的一些神经系统疾病有了全新的认识。 0003 所谓光遗传学神。

10、经调控技术是近几年迅速发展的一项整合了光学、 基因工程、 电 生理以及电子工程的多学科交叉的生物技术。 其主要原理是首先采用基因技术将光感基因 转入到神经系统中特定类型的细胞中进行表达， 使其在细胞膜上形成特殊的离子通道。这 些离子通道在不同波长的光照刺激下会分别对阳离子或者阴离子的通过产生选择性， 从而 造成细胞膜两边的膜电位发生变化， 达到对细胞选择性地兴奋或者抑制的目的。 0004 随着光遗传学神经调控技术的发展， 人们开始越来越多地研究动物的特定神经回 路在光遗传学调控下的电生理特征及其与行为学之间的联系， 从而揭示包括癫痫、 精神分 裂症、 自闭症等众多神经系统和精神疾病的发病机理和。

11、治疗机制。 然而， 传统的光遗传学神 经调控技术的行为学测试主要采用的是通用的测试装置， 缺乏一种针对光遗传学神经调控 的行为学测试平台。 【发明内容】 0005 基于此， 有必要提供一种针对光遗传学神经调控技术设计的光遗传学调控的动物 行为学测试平台。 0006 一种光遗传学调控的动物行为学测试平台， 用于对测试动物进行行为学测试， 该 测试平台包括中央控制系统、 环境控制系统、 行为学监测系统、 光电检测调控系统及用于固 定上述系统的壳体装置 ； 所述中央控系统与所述环境控制系统、 行为学监测系统和光电检 测调控系统相连， 用于控制所述环境控制系统、 行为学监测系统和光电检测调控系统 ； 。

12、所述 环境控制系统用于控制所述测试平台的光照、 气体环境、 温度及湿度条件 ； 所述行为学监测 系统用于对测试动物的行为进行监测和分析， 并将分析结果反馈至所述中央控制系统 ； 所 述光电检测调控系统用于对测试动物进行光调控和电生理信号的检测， 并将检测得到的电 生理信号反馈至所述中央控制系统。 0007 在优选的实施方式中， 所述环境控制系统包括光照系统和空气循环系统， 所述光 照系统用于控制所述测试平台的光照时间、 光照范围及光照强度， 所述空气循环系统用于 控制所述测试平台的气体环境、 温度和湿度条件， 所述空气循环系统包括固定在所述壳体 装置上的送风器和开设在壳体装置上的出风口。 00。

13、08 在优选的实施方式中， 所述行为学监测系统包括固定在所述壳体装置上的摄像头 说 明 书 CN 102283137 A CN 102283145 A2/5 页 5 和记录仪。 0009 在优选的实施方式中， 所述光电检测调控系统包括光调控系统和电极系统， 所述 光调控系统对测试动物导入了光敏感型基因的细胞进行光刺激调控， 所述电极系统采集测 试动物的电生理信号。 0010 在优选的实施方式中， 所述光调控系统包括激光光源、 光纤单元及光纤接头 ； 所述 激光光源通过光纤接头与所述光纤单元相连， 向所述光纤单元发送激光脉冲 ； 所述光纤单 元植入测试动物体内对导入了光敏感型基因的细胞进行光刺激。

14、调控。 0011 在优选的实施方式中， 所述电极系统包括电生理信号记录系统、 电极接头及电极 单元 ； 所述电极单元植入测试动物体内采集植入部位的电生理信号 ； 所述电生理信号记录 系统通过所述电极接头与所述电极单元相连， 接收电极单元采集的电生理信号并反馈至所 述中央控制系统。 0012 在优选的实施方式中， 所述光纤接头与所述电极接头固定在一起形成光电接头。 0013 在优选的实施方式中， 所述光纤单元包括至少一个光纤， 所述电极单元包括至少 一个电极， 所述光纤单元与所述电极单元组成光电极阵列， 所述光纤单元和所述电极单元 通过所述光电极阵列植入至测试动物体内。 0014 在优选的实施方。

15、式中， 还包括用于向测试动物体内注入光敏感型基因或实验药物 的药物缓释系统。 0015 在优选的实施方式中， 所述药物缓释系统通过微流导管植入测试动物体内。 0016 在优选的实施方式中， 所述微流导管与所述光电极阵列固定在一起植入测试动物 体内。 0017 在优选的实施方式中， 还包括远程生理监控系统， 所述远程生理监控系统通过植 入测试动物体内的植入子对测试动物的生理参数进行监控。 0018 在优选的实施方式中， 所述壳体装置包括至少一面由透明材料构成的方体外壳及 设在所述外壳内的食水槽及供测试动物活动的网状底板。 0019 在优选的实施方式中， 所述方形外壳内部或外周设有用于屏蔽电磁信号。

16、的屏蔽 网。 0020 通过将光遗传学神经调控技术和电生理、 行为学测试等结合起来， 建立了一套标 准化和集成化的用于测试动物光遗传学调控的行为学测试平台， 通过该平台可以实现在一 定的环境内对测试动物进行光遗传学调控和行为学记录， 有助于理解动物光遗传学调控和 行为学之间的关系， 满足对神经系统和精神疾病的发病机制和治疗机制研究的需求。 【附图说明】 0021 图 1 为一实施方式的光遗传学调控的动物行为学测试平台的系统模块图 ； 0022 图 2 为图 1 光遗传学调控的动物行为学测试平台的示意图。 【具体实施方式】 0023 下面主要结合附图及具体实施例对光遗传学调控的动物行为学测试平台。

17、作进一 步详细的说明。 0024 如图 1 和图 2 所示， 一优选实施方式的光遗传学调控的动物行为学测试平台 100 说 明 书 CN 102283137 A CN 102283145 A3/5 页 6 主要用于对测试动物800进行行为学测试， 其包括中央控制系统110、 环境控制系统120、 行 为学监测系统 130、 光电检测调控系统 140、 药物缓释系统 150、 远程生理监控系统 160 及用 于固定上述系统 ( 除远程监控系统 160) 的壳体装置 170。测试动物 800 优选啮齿内动物， 如小白鼠等。 0025 中央控制系统 110 与环境控制系统 120、 行为学监测系统 。

18、130、 光电检测调控系统 140 及药物缓释系统 150 相连， 用于对环境控制系统 120、 行为学监测系统 130、 光电检测调 控系统 140 及药物缓释系统 150 进行综合控制， 并接收相应系统的反馈信息。 0026 环境控制系统 120 包括光照系统 122 和空气循环系统 124。其中， 光照系统 122 用 于控制测试平台100的光照时间、 光照范围及光照强度等条件， 包括光照控制装置222和光 源 224， 如图 2 所示。光照控制装置 222 与光源 224 相连， 用于控制光源的发光时间、 光照角 度及光照强度等。光源 224 可以为白炽灯光源、 LED 光源或其他节能。

19、光源等。光照控制装置 222 还可以通过控制光源 224 的颜色， 研究不同色光对测试动物 800 神经系统的影响。空 气循环系统124用于控制测试平台100的气体环境、 温度和湿度条件， 包括固定在壳体装置 170 上的循环控制装置 242、 送风器 244 和开设在壳体装置 170 上的出风口 246。优选的， 可 以在壳体装置170内外设置温度检测装置， 对壳体装置170内外的温度条件进行实时监测， 温度检测装置再通过与中央控制系统 110 相连， 将相关温度信息传输给中央控制系统 110， 调动进一步的调控操作。 0027 行为学监测系统 130 包括固定在壳体装置 170 上的摄像头。

20、 132 和记录仪 134。摄 像头132可以为通用摄像头， 通过多角度的对测试动物800的行为进行拍摄记录， 研究测试 动物 800 的行为变化。摄像头 132 与记录仪 134 相连， 将拍摄记录的结果传输至所述记录 仪 134 中。记录仪 134 再与中央控制系统 110 相连， 将记录结果传输给中央控制系统 110， 并接收中央控制系统 110 的调控指令。 0028 光电检测调控系统 140 包括光调控系统 142 和电极系统 144。其中， 光调控系统 142 用于对测试动物 800 导入了光敏感型基因的细胞进行光刺激调控 ； 电极系统 144 采集 测试动物 800 的电生理信号。

21、， 如， 电极植入至光敏感型细胞周围， 通过光照刺激， 电极系统 采集光照刺激前后光敏感型细胞周围的电生理信号的变化， 从而对光照刺激的效果进行进 一步的评测提供依据。采集的电生理信号可以为单细胞的放电或局部场电位信号等。 0029 光调控系统 142 包括激光光源 422、 光纤接头 424 及光纤单元 426。激光光源 422 通过光纤接头 424 与光纤单元 426 相连， 向光纤单元 426 发送激光脉冲。光纤单元 426 植 入测试动物 800 体内对导入了光敏感型基因的细胞进行光刺激调控。 0030 电极系统 144 包括电生理信号记录系统 442、 电极接头 444 及电极单元 。

22、446。电极 单元 446 植入测试动物 800 的体内采集植入部位的电生理信号。电生理信号记录系统 442 通过电极接头 444 与电极单元 446 相连， 接收电极单元 446 采集的电生理信号并反馈至中 央控制系统 110。 0031 本实施方式的光纤接头424与电极接头444固定在一起形成光电接头450。 激光光 源 422 和电生理信号记录系统 442 通过光电接头 450 分别与光纤单元 426 和电极单元 446 相连接。优选的， 光纤单元 426 包括至少一个光纤， 电极单元 446 包括至少一个电极。本实 施方式的光纤单元 426 与电极单元 446 组成光电极阵列 460，。

23、 光纤单元 426 和电极单元 446 通过光电极阵列 460 植入至测试动物 800 的体内。 说 明 书 CN 102283137 A CN 102283145 A4/5 页 7 0032 药物缓释系统 150 用于向测试动物 800 的体内注入光敏感型基因， 或者注入实验 药物等试剂。光敏感型基因通过特异的启动子转入到相关回路的神经元内并表达。光敏 感型的目的基因包括兴奋型通道蛋白基因和抑制型通道蛋白基因， 其中， 兴奋型通道蛋白 基因如 ChR2、 ChETA、 VChR1 或 SFOs 中等， 抑制型通道蛋白基因如 NpHR、 Arch 或 MAC 等。当 对植入部位的目标神经元进行。

24、光照刺激时， 可以引起导入光敏感基因的神经元的兴奋或抑 制， 通过相关神经元的兴奋或者抑制来调控神经回路， 从而对植入部位进行光调控。 由于光 照刺激只对导入光敏感基因的神经元细胞起作用， 因此， 光调控具有较高的时空分辨率。 0033 药物缓释系统 150 主要通过微流导管 152 植入到测试动物 800 的体内。微流导管 152 为硬质的管状结构， 其组成可以为聚四氟乙烯、 聚酰亚胺、 特氟龙等塑料材质或者不锈 钢、 铂、 铂铱合金、 金等金属材质。本实施方式的微流导管 152 与光电极阵列 460 固定在一 起植入测试动物 800 的体内。优选的， 可以用导线 470 引导光纤单元 42。

25、6、 电极单元 446 和 微流导管 152， 将光纤单元 426、 电极单元 446 和微流导管 152 一起植入至测试动物 800 的 体内， 如可以为测试动物800的头颅、 脊椎等位置。 光纤单元426、 电极单元446和微流导管 152 固定在一起植入， 可以避免在进行行为学测试过程中， 测试动物 800 转身或者移动时电 线和光纤缠绕的问题。 0034 在其他优选的实施方式中， 光敏感型基因也可以通过靶向定位技术微量注射后在 测试动物800体内的特定区域表达， 在这种情况下， 该测试平台100可以不设置药物缓释系 统 150， 或者药物缓释系统 150 专门作为抗炎性药物或者神经生长。

26、因子等药物的缓释载体， 帮助研究特定条件下的动物行为学变化。 0035 远程生理监控系统 160 通过植入测试动物 800 体内的植入子对测试动物 800 的生 理参数进行远程监控。如可以对测试动物 800 的血压、 血糖、 心跳等生理参数进行监控。远 程监控可以通过有线或无线的方式进行， 通过无线方式进行的， 可移动性较强， 监控操作方 便。 0036 如图 2 所示， 本实施方式的壳体装置 170 为方体形状， 包括上下底面、 前后面和两 侧面。前后面由透明材料制作， 便于观察。两侧面开设有条状的出风口 246。环境控制系统 120、 行为学监测系统 130、 光电检测调控系统 140、 。

27、药物缓释系统 150 设置在方形外壳的上 底面。 壳体装置170的内部设有用于供水和食物的食水槽172、 以及供测试动物800活动的 网状底板 174。网状底板 174 为镂空结构， 方便将测试动物 800 的排泄物落入测试平台 100 的下方的空间中， 便于打扫和排泄物的收集。 0037 在具体实施过程中， 该测试平台 100 可以与矿场实验、 多臂迷宫、 水迷宫等装置相 结合， 进行相应的行为学实验。为了方便行为学观察， 该测试平台 100 的壳体装置 170 可以 为全玻璃结构， 或者正面为玻璃， 其它几面为金属或者塑料结构， 并且在整个测试平台 100 的外面可以加入屏蔽网屏蔽外界的干。

28、扰， 保证电生理测试数据的准确。 0038 通过将光遗传学神经调控技术和电生理、 行为学测试等结合起来， 建立了一套标 准化和集成化的用于测试动物光遗传学调控的行为学测试平台 100， 通过该平台可以实现 在一定的环境内对测试动物进行光遗传学调控和行为学记录， 有助于理解动物光遗传学调 控和行为学之间的关系， 满足对神经系统和精神疾病的发病机制和治疗机制研究的需求。 该测试平台 100 结构设计精巧， 可以为测试动物 800 提供较为稳定独特的测试环境。 0039 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式， 其描述较为具体和详细， 但并 说 明 书 CN 102283137 A CN 102283145 A5/5 页 8 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是， 对于本领域的普通技术人员 来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本发明的保 护范围。因此， 本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 说 明 书 CN 102283137 A CN 102283145 A1/2 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 102283137 A CN 102283145 A2/2 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 102283137 A 。

相关知识

光遗传学调控的动物行为学测试平台
光遗传学技术应用于动物行为学研究的新进展.PDF
光遗传学技术应用于动物行为学研究的新进展
光遗传学技术应用于动物行为学研究新进展.PDF
深度分析光遗传学技术在动物行为学神经回路中的研究方向①
光遗传学技术应用于动物行为学在神经回路中的研究进展
动物行为与光电专题丨光遗传学
动物行为分析与光遗传学成功桥接
光遗传学技术应用于动物行为学在神经回路中的研究进展.pdf
用于磁遗传学动物行为调控实验的装置.pdf

网址: 光遗传学调控的动物行为学测试平台.pdf https://www.mcbbbk.com/newsview505776.html