用于同步光遗传学调制和电神经记录的光驱阵列

该协议包括在光驱系统上制造，用于同时进行光遗传学刺激和电生理记录。所提出的基于LED的系统通过微透镜阵列提高了光耦合效率。LED光源比激光光源具有简单的照明设置，因此该系统易于适用于无线系统。

光遗传学是一种用于了解神经系统疾病病理学和治疗机制的路径技术。光遗传学可用于治疗脊髓损伤，癫痫，帕金森病和阿尔茨海默病。我们基于LED的设备可以进一步实现为无线系统，具有几个优点，例如系统复杂性低，成本效益和低功耗。

首先，将1.27毫米间距母连接器连接到头级前置放大器。将 LED 放在 3D 打印外壳中。使用光电二极管测量光纤尖端末端的光强度。

将钨电极和光纤浸入酒精中15分钟，然后风干。剃除头部皮肤，并将麻醉的鼠标放在立体定向框架中。将头部置于立体定向框架内，并将耳杆插入耳道。

打开嵌入立体定向框架中的热加热垫，并在整个外科手术过程中将体温保持在37摄氏度。调整切口杆以设置切口杆的高度，并将鼻夹紧到鼻子上。用凡士林遮住眼睛，防止干燥。

用镊子抬起头部的皮肤，确保注射空间，并在头皮下注射1%利多卡因。使用手术刀和细剪刀进行矢状面切口。用微扣握住切口的皮肤，以扩大手术区域的视野。

用棉签去除骨膜。如果有出血，用牛烧灼颅骨以密封血管。用生理盐水清洁颅骨，并使用机械臂标记开颅部位。

在小脑上方钻一个洞，然后插入一个螺钉用于地面。使用精密螺丝，将研磨螺丝深0.5毫米，直到到达小脑顶部。钻出标记区域，并用镊子取出一块头骨。

以 120 度角顺时针弯曲 26 号针尖，并通过将针的斜面朝上插入，露出大脑区域。将光驱阵列固定在机械臂中，并靠近暴露区域。缓慢插入光驱阵列，并将接地螺钉连接到连接到系统的银线。

在暴露的大脑和设备之间插入凝胶泡沫，以保护化学物质不与大脑直接接触。小心地将牙科水泥涂在颅骨上以固定设备并覆盖凝胶泡沫。在牙科水泥完全硬化之前，如果附着在牙科水泥上，则将头皮分开。

用镊子拉动切开的皮肤，覆盖硬化的牙齿水泥并缝合头皮。将麻醉的鼠标放在立体定向框架中。将光脉冲配方设置为 4% 占空比（10 赫兹频率）。

在神经记录期间设置光刺激两秒钟。取下塑料盖，在电路中将可重复使用的LED连接到光传输系统的上部。将头级前置放大器连接到植入式五针连接器。

打开软件并设置软件过滤器。接下来，单击并设置放大器采样率。然后单击更改带宽。

设置放大器较低带宽，设置放大器较高带宽。检查软件DAC高通滤波器。打开尖峰示波器并使用电压阈值检查神经信号。

单击“停止并记录”。使用 MATLAB 加载采集的数据并检查原始数据。然后运行包含波形 clust 算法的尖峰排序代码。

检查栅格图中的已排序峰值。现在绘制计数峰值图，并在光刺激期间检查诱发的峰值。该图显示了具有精确条件的整个记录的波形，包括中间的两秒光周期。

与2秒0.2秒不同时间条柱的基线相比，每个光刺激脉冲后诱发的单个神经尖峰的数量显着增加。该图显示了光刺激之前、期间和之后每个通道的尖峰直方图。插图表示植入的光驱阵列的位置。

此外，缩放版本显示了一个带有 100 毫秒时间条柱的尖峰直方图。蓝色条表示 LED 灯用于记录响应的时间段。为了最大限度地降低LED驱动电流过程中的伪像噪声，系统设计为确保电信号路径和LED电路之间有足够的距离。

所提出的基于LED的光驱系统可以研究与动物行为相关的各种神经信号传导，因为它可以提供光遗传学刺激并记录诱发的神经反应。LED光驱阵列与无线光遗传学接口兼容，可用于自由移动的动物研究。