CN115211813A - 一种基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，涉及大脑认知干预技术领域。所述系统包括光源模块、光纤、头部固定部件和监测模块。所述光源模块用于提供特定闪烁模式的闪光；所述光纤与所述光源模块连接，所述光纤用于传输所述特定闪烁模式的闪光；所述头部固定部件与所述光纤连接，所述头部固定部件用于将所述光纤固定在实验动物头骨上；所述监测模块用于采集分析所述实验动物丘脑局部γ神经振荡电信号，并通过与丘脑局部场电位频谱对比得到γ神经振荡同步化的强度。本发明不仅实现了对γ神经振荡同步化的监测功能而且提高了γ神经振荡同步化的稳定性。

Description

一种基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统

技术领域

本发明涉及大脑认知干预技术领域，特别是涉及一种基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统。

背景技术

在现有技术中，通过特定频率的闪光能够诱发大脑相同频率神经振荡的增强，即出现神经振荡同步化的现象。

但是，目前基于闪光诱发的神经振荡同步化不仅缺乏有效的监测手段，而且在电生理实验中将闪光灯固定在测试环境中存在两个弊端，一个是闪光灯在闪烁过程中会对近距离的电生理采集仪器产生电磁干扰，增加数据采集的难度，另一个是头部运动容易导致眼睛对闪光的接受剂量变化。这两个弊端都会引起神经振荡同步化的稳定性欠佳。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，不仅实现了对γ神经振荡同步化的监测功能而且提高了γ神经振荡同步化的稳定性。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下方案：

一种基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，所述基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统包括：

光源模块，用于提供特定闪烁模式的闪光；

光纤，与所述光源模块连接，用于传输所述特定闪烁模式的闪光；

头部固定部件，与所述光纤连接，用于将所述光纤固定在实验动物头骨上；

监测模块，用于采集分析所述实验动物丘脑局部γ神经振荡电信号，并通过与丘脑局部场电位频谱对比得到γ神经振荡同步化的强度。

可选地，所述光源模块包括：

函数信号发生器，用于发出特定频率的方波信号；

控制器，与所述函数信号发生器连接，用于根据特定频率的方波信号控制LED灯发出具有所述特定闪烁模式的闪光；所述特定频率方波信号的频率与具有所述特定闪烁模式的闪光的频率相同。

可选地，所述头部固定部件包括底座和夹块：

底座，用于设置所述夹块和所述监测模块，且所述夹块与所述底座相配合以固定所述光纤的一端。

可选地，所述光纤固定于所述头部固定部件的一端为凸透镜形状，以使所述特定闪烁模式的闪光覆盖所述实验动物的双眼。

可选地，所述监测模块包括：

神经电极，用于记录所述实验动物丘脑部位γ神经电活动，并将所述γ神经电活动转化为γ神经振荡电信号；

神经信号采集分析仪器，与所述神经电极连接，用于采集和分析所述电信号并生成电位频谱。

可选地，所述函数信号发生器具体用于：发出30-50Hz的方波，所述控制器用于：根据所述方波控制所述LED灯发出特定闪烁模式的闪光；所述特定闪烁模式的闪光的占空比为50％。

可选地，所述LED灯的功率大于20W。

可选地，所述基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统还包括带通数字滤波器；所述带通数字滤波器用于：滤除频率不在5-100Hz范围内的γ神经振荡电信号。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明实施例提供了一种基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，所述系统包括光源模块、光纤、头部固定部件和监测模块。监测模块用于采集分析所述实验动物丘脑局部γ神经振荡电信号并通过与丘脑局部场电位频谱对比得到γ神经振荡同步化的强度，当γ神经产生同步化振荡的同时，监测模块采集和分析γ神经振荡电信号，从而实现了对γ神经振荡同步化的监测功能。光源模块用于提供特定闪烁模式的闪光；光纤用于传输所述特定闪烁模式的闪光；头部固定部件用于将所述光纤固定在实验动物头骨上；当实验动物头部运动时，头部固定部件也会随之运动，光源所发出的闪光仍会照射至实验动物眼前，这样，不仅提高了闪光的稳定性，而且避免了实验动物头部运动容易导致眼睛对闪光的接受剂量变化，使实验动物可以稳定的接收闪光。通过使用光纤，可以拉长光源模块与监测模块之间的距离，避免光源模块对监测模块产生电磁干扰，提高了监测模块的稳定性，从而提高了γ神经振荡同步化的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的头部固定部件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的丘脑局部场电位频谱的曲线图。

符号说明：

光源模块-1，光纤-2，头部固定部件-3，底座-31，夹块-32，监测模块-4。

具体实施方式

本申请实施例描述的结构以及场景是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

需要说明的是，本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本发明实施例的目的是提供一种基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，以实现对γ神经振荡同步化的监测功能并且提高了γ神经振荡同步化的稳定性。

图1示出了上述基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统的一种示例性结构，包括光源模块1、光纤2、头部固定部件3、底座31、夹块32和监测模块4。

其中，光源模块1用于提供特定闪烁模式的闪光。

在一个示例中，光源模块1具体可为LED灯，只要其可以稳定的闪光即可；LED灯的参数为：白光，色温7000k，功率大于20W；特定闪烁模式的闪光具体可为频率为30-50Hz的闪光，例如频率为30Hz、32Hz、34Hz、36Hz、38Hz或40Hz，在此不作赘述。LED灯功率大于20W是为了保证实验动物视网膜接收的光强大于200lx。

光纤2与光源模块1连接，光纤2用于传输所述特定闪烁模式的闪光。

在一个示例中，光纤2具有良好的导光性，光在光纤2的传导损耗比在其他传导介质中的传导损耗低得多，因此，为提高γ神经振荡同步化的稳定性，本发明实施例选用光纤2而没有选用其他传导介质。光纤2可以通过卡扣、磁吸、粘接或者螺丝螺母配合等方式与光源模块1连接，只要光纤2可以传输光源模块1发出的特定闪烁模式的闪光即可。

头部固定部件3与光纤2连接，头部固定部件3用于将光纤2固定在实验动物头骨上。

在一个示例中，头部固定部件3可以通过夹块、卡扣、磁吸、粘接或者螺丝螺母配合等方式与光纤2连接，只要将光纤2固定在头部固定部件3上即可。然后头部固定部件3可以通过牙科水泥或者头套等方式固定在实验动物头骨上，即达到了头部固定部件3将光纤2固定在实验动物头骨上的目的。

监测模块4用于采集分析实验动物丘脑局部γ神经振荡电信号，并通过与丘脑局部场电位频谱对比得到γ神经振荡同步化的强度。

在一个示例中，实验动物受到特定闪烁模式的闪光刺激后，实验动物丘脑局部会产生γ神经电活动，监测模块4监测到γ神经电活动并将其转化为γ神经振荡电信号，然后再将γ神经振荡电信号与丘脑局部场电位频谱对比得到γ神经振荡同步化的强度。

函数信号发生器用于发出特定频率的方波信号。函数信号发生器具体用于：发出30-50Hz的方波。

在一个示例中，函数信号发生器能产生某些特定的周期性时间函数波形，例如正弦波、方波、三角波、锯齿波或脉冲波等信号，在本发明实施例中为方波，具体方波频率可为30-50Hz，例如频率为30Hz、32Hz、34Hz、36Hz、38Hz或40Hz，在此不作赘述。

控制器与函数信号发生器之间电连接，控制器用于根据特定频率的方波信号控制LED灯发出具有特定闪烁模式的闪光；特定频率方波信号的频率与具有特定闪烁模式的闪光的频率相同。特定闪烁模式的闪光的占空比为50％。

在一个示例中，控制器的具体型号是BS-DC120-I03CE-24010-4，控制器与LED灯之间电连接。函数信号发生器发出特定频率的方波信号后，控制器根据特定频率的方波信号控制LED灯发出特定闪烁模式的闪光。此时特定频率的方波信号与特定闪烁模式的闪光相对应，具体方波频率可为30-50Hz，例如频率为30Hz、32Hz、34Hz、36Hz、38Hz或40Hz，在此不作赘述。占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例。特定闪烁模式的闪光的占空比为50％即为一半的时间闪光，一半的时间不闪光。

请参见图2，头部固定部件3包括底座31和夹块32。

底座31用于设置夹块32和监测模块4，且夹块32与底座31相配合以固定光纤2的一端。

在一个示例中，光纤2通过夹块32与底座31夹紧于头部固定部件3上，并通过螺栓固定以及调整角度。监测模块4可以通过卡扣、磁吸、粘接或者螺丝螺母配合等方式固定在底座31上。

光纤2固定于头部固定部件3的一端为凸透镜形状，以使特定闪烁模式的闪光覆盖实验动物的双眼。

在一个示例中，光纤2固定于头部固定部件3的一端可以打磨成凸透镜形状，也可以将光纤2固定于头部固定部件3的一端连接一个凸透镜，只要能够使特定闪烁模式的闪光覆盖实验动物的双眼即可。

监测模块4包括神经电极和神经信号采集分析仪器。

神经电极用于记录实验动物丘脑部位γ神经电活动，并将γ神经电活动转化为γ神经振荡电信号。

在一个示例中，神经电极为plexon公司提供的商用微丝电极，埋植到实验动物的丘脑，其工作原理为：视神经细胞受到特定频率的闪光刺激会产生同样频率的γ神经电活动，然后γ神经电活动传输到丘脑引起γ神经振荡同步化。神经电极将记录γ神经电活动并传输到神经信号采集分析仪器。

神经信号采集分析仪器与神经电极连接，神经信号采集分析仪器用于采集和分析γ神经振荡电信号并生成电位频谱。

请参见图3，在一个示例中，神经信号采集分析仪器为plexon公司提供的商用神经信号采集分析器。神经信号采集分析仪器与神经电极之间电连接，神经信号采集分析仪器采集神经电极记录的神经振荡电信号，然后生成电位频谱。

基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统还包括带通数字滤波器；

带通数字滤波器用于对实验动物丘脑局部γ神经电活动产生的范围在5-100Hz的γ神经振荡电信号进行滤波，筛除频率不在5-100Hz范围内的γ神经振荡电信号。

在一个示例中，带通数字滤波器与神经电极之间电连接，带通数字滤波器用于过滤神经电极产生的5-100Hz的γ神经振荡电信号，筛除频率不在5-100Hz范围内的γ神经振荡电信号，减少了5-100Hz之外的γ神经振荡电信号对实验的干扰。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，其特征在于，包括：

光源模块，用于提供特定闪烁模式的闪光；

光纤，与所述光源模块连接，用于传输所述特定闪烁模式的闪光；

头部固定部件，与所述光纤连接，用于将所述光纤固定在实验动物头骨上；

监测模块，用于采集分析所述实验动物丘脑局部γ神经振荡电信号，并通过与丘脑局部场电位频谱对比得到γ神经振荡同步化的强度。

2.根据权利要求1所述的基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，其特征在于，所述光源模块包括：

函数信号发生器，用于发出特定频率的方波信号；

控制器，与所述函数信号发生器连接，用于根据特定频率的方波信号控制LED灯发出具有所述特定闪烁模式的闪光；所述特定频率方波信号的频率与具有所述特定闪烁模式的闪光的频率相同。

3.根据权利要求1-2所述的基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，其特征在于，所述头部固定部件包括底座和夹块：

底座，用于设置所述夹块和所述监测模块，且所述夹块与所述底座相配合以固定所述光纤的一端。

4.根据权利要求3所述的基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，其特征在于，所述光纤固定于所述头部固定部件的一端为凸透镜形状，以使所述特定闪烁模式的闪光覆盖所述实验动物的双眼。

5.根据权利要求1所述的基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，其特征在于，所述监测模块包括：

神经电极，用于记录所述实验动物丘脑部位γ神经电活动，并将所述γ神经电活动转化为γ神经振荡电信号；

神经信号采集分析仪器，与所述神经电极连接，用于采集和分析所述γ神经振荡电信号并生成电位频谱。

6.根据权利要求2所述的基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，其特征在于，所述函数信号发生器具体用于：发出30-50Hz的方波，所述控制器用于：根据所述方波控制所述LED灯发出特定闪烁模式的闪光；所述特定闪烁模式的闪光的占空比为50％。

7.根据权利要求2所述的基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，其特征在于，所述LED灯的功率大于20W。

8.根据权利要求1所述的基于闪光诱发并监测γ神经振荡同步化的系统，其特征在于，还包括带通数字滤波器；所述带通数字滤波器用于：滤除频率不在5-100Hz范围内的γ神经振荡电信号。

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