鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置及固定方法

2023-05-28 00:59:46 2

鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置及固定方法
【專利摘要】本發明涉及了一種鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置及固定方法，屬於神經生物學領域。根據鳥類顱骨特徵，在鳥類顱骨上的特定點鑽螺釘固定孔、電極植入孔和凹坑；依次在電極植入孔內植入電極後加以固定形成初級底板；將電極轉接裝置安放在初級底板上方並固定；將電極引出端對應連接於電極轉接孔並固定。本發明的電極轉接裝置包括底板和排母，底板上設有電極轉接孔，電極轉接孔與排母連通，排母上設置有與電極轉接孔數量對應的排母接口。本發明實現了鳥類顱骨深層及表層與電極轉接裝置的雙重固定，適用於對鳥類腦內離散分布腦區的整體研究，其固定時間明顯延長，有利於長期腦電研究以及「異物」植入後的腦功能變化等慢性實驗研究的開展。
【專利說明】鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置及固定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及了一種鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置及固定方法，屬於神經生物學領域。
【背景技術】
[0002]自1791年義大利生物學家Galvani發現生物電現象至今已有兩百多年歷史。1848年神經傳導過程中的電位變化首次被測量。Hess通過腦內埋藏電極的方法實現了對清醒動物不同腦區功能的研究。此後腦內埋藏電極的方法被廣泛應用於動物清醒狀態下的腦區功能研究，例如:清醒狀態牛蛙小腦功能研究、電刺激貓的中腦、下丘腦後誘發防衛行為和綠鬣蜥不同腦區功能的研究等。
[0003]早期對於自由清醒狀態動物腦區功能的研究多採用有線刺激的方式，一定程度上限制了動物運動行為的研究。隨著微電子、精細加工、通信等技術的迅速發展，符合不同需求的無線刺激裝置相繼問世，這為更深入地研究動物自由狀態下的腦區功能提供了技術支持。目前的電極轉接裝置主要應用於哺乳動物等的生物電採集，而且電極植入點位置相對固定，無法實現鳥類不同腦區的慢性實驗研究。此外，鳥類為了適應飛行活動在進化過程中出現的骨骼特化(疏鬆多孔)增加了電極轉接裝置與顱骨固定時的難度，不利於電極轉接裝置的長期固定，已有報導僅為2個月左右，因此無法對鳥類不同腦區慢性功能進行長期實驗研究。
【發明內容】

[0004]本發明在於提供一種鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置及固定方法，以解決現有研究中電極轉接裝置固定時間短、電極植入位點分布範圍小的技術問題。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供的一種鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置的固定方法，其特徵在於包括以下步驟:
1)、對鳥類進行麻醉後，手術暴露鳥類腦區上方的顱骨；
2)、在鳥類左右兩側中腦上方顱骨及因點前分別鑽螺釘固定孔；根據確定的電極植入點位置在鳥類目的腦區上方的顱骨上鑽電極植入孔，並在所述電極植入孔周圍的顱骨表面鑽凹坑；
3)、將固定螺釘分別擰入步驟2)所述的鳥類左右兩側中腦上方顱骨及因點前螺釘固定孔內，然後將金屬絲纏繞於鳥類左右兩側中腦上方的固定螺釘上作為刺激用參考極；
4)、依次在步驟2)所述的鳥類目的腦區上方的電極植入孔內植入電極並固定；
5)、在步驟2)所述的鳥類目的腦區上方的顱骨表面塗抹醫用膠凝材料對步驟4)所植入電極進行整體固定，固化後形成初級底板，所述初級底板同時對步驟2)所述的電極植入孔周圍顱骨表面的凹坑進行填充，形成接觸錐；
6)、將電極轉接裝置安放於步驟2)所述的鳥類目的腦區上方，使步驟3)所述的固定螺釘位於所述電極轉接裝置的限位凹槽內，用醫用膠凝材料對所述電極轉接裝置和固定螺釘間的間隙進行填充，實現所述電極轉接裝置和固定螺釘間的固定；
7)、用醫用膠凝材料在步驟6)所述電極轉接裝置的底板側面進行包覆，並在底板與步驟5)所述的初級底板之間進行填充，實現與所述初級底板的固定；
8)、將電極引出端對應連接到步驟6)所述的電極轉接裝置的電極轉接孔內並固定。
[0006]本發明中，所述步驟I)中的鳥類麻醉過程為:用2%戊巴比妥鈉溶液1.5ml/kg胸肌肌肉注射對鳥類進行全身麻醉後，再在鳥類手術區皮下注射0.5ml含腎上腺素注射液二十萬分之一濃度的鹽酸利多卡因進行局部麻醉。
[0007]本發明中，所述步 驟2)中的螺釘固定孔和電極植入孔採用安裝於腦立體定位儀三維移動臂上的柔性顱骨鑽，用球頭鑽鑽取，所述電極植入孔的深度剛好穿透顱骨；所述凹坑採用顱骨鑽在電極植入孔周圍以Imm間距在顱骨表面鑽取。
[0008]本發明中，所述步驟4)的電極植入過程為:
1)、打開雙極程控刺激器，調節刺激參數，連接刺激電路，將電極安裝於腦定位儀電極適配器上，然後移至鳥類頭部肌肉並與之接觸，發送刺激確定刺激環路導通情況；
2)、確定刺激環路導通後，經電極植入孔進給電極，到達目的腦區附近時邊刺激邊進給，確定到達目的腦區後停止進給，用醫用EC膠填充電極與電極植入孔間的間隙，然後用醫用膠凝材料固定電極；
3)、依次在其他不同的腦區植入電極並固定。
[0009]本發明中，所述電極採用直徑為100 μ m、Teflon絕緣的鎳鉻合金絲。
[0010]本發明中，所述步驟6)的電極轉接裝置製作方法為:
1)、確定電極轉接裝置的尺寸；
2)、根據確定的電極數量，繪製轉接裝置線路圖並製作底板；
3)、加工與底板的引出端相匹配的排母；
4)、將加工後的排母焊接於底板上的引出端並磨除排母引腳在底板底面的突出部分；
5)、將底板打磨成上表面略小於下表面的稜台結構。
[0011]本發明還提供了一種鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置，其特徵在於:所述電極轉接裝置包括底板和與底板引出端相連接的排母，所述底板上設有若干電極轉接孔，電極轉接孔連接底板引出端，並通過底板引出端與排母連通，排母上設置有與電極轉接孔相對應的排母接口。
[0012]本發明中，所述底板為上表面小於下表面的稜台結構。
[0013]本發明中，所述底板上排母接口的相對一側設有限位凹槽。
[0014]本發明中，所述限位凹槽為2個。
[0015]本發明有益效果在於:
(1)、本發明提供的固定方法充分考慮了鳥類骨骼特性，實現了鳥類顱骨深層及顱骨表層與電極轉接裝置的雙重固定，延長了電極轉接裝置使用壽命；
(2)、本發明通過對植入電極引出端的轉接，實現了對鳥類腦內離散分布腦區的整體研
究;
(3)、本發明使用電極轉接裝置體積小、重量輕，適用於各類鳥類頭部的固定，對鳥類正常活動無可辨別影響；
(4)、本發明使用方便、操作簡單、穩定性好。【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1本發明中電極轉接裝置連接植入電極引出端並整體固定後的俯視示意圖。
[0017]圖2本發明中電極轉接裝置結構示意圖。
[0018]圖3本發明中電極轉接裝置連接植入電極引出端並整體固定後的冠狀面示意圖。
[0019]圖中，1-顱骨、2-固定螺釘、3-初級底板、4-參考極、5-底板、6-電極引出端、7-牙科水泥、8-排母接口、9-限位凹槽、10-電極轉接孔、11-接觸錐、12-電極、13-腦組織、14-排母。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖以鴿子為例對本發明-鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置的固定方法作詳細介紹，本方法包括以下步驟:
1)、電極轉接裝置製作過程:如圖1、2所示，確定鴿子顱骨形貌特徵，根據腦功能研究所需電極數量，繪製電極轉接裝置線路圖，製作底板5 ;加工與底板5的引出端相匹配的排母14 ;將加工後的排母14焊接於電極轉接裝置引出端，並將去掉配合端針體的排針插入電極轉接裝置上的排母。用細砂紙打磨排母引腳在線路板底面的突出部分以降低電極轉接裝置高度，減小電極轉接裝置的體積；同時，對底板5的側面進行打磨，使底板形成一個上表面略小於下表面的稜台樣結構，以便於更好地固定。本實施例中，底板5採用PCB板，排母14包括9個排母接口，外形尺寸:長12.8mm、寬9.5mm、高5.5mm,重量為0.42g。
[0021]2)鴿子麻醉及頭部固定:用醫用酒精對鴿子胸肌近劍突側進行皮膚消毒，暴露胸肌，使用Iml注射器從鴿子胸肌中部，劍突旁開1.5-2.0cm處平行劍突方向進針按1.5ml/kg注射2%戊巴比妥鈉溶液，進行鴿子全身麻醉，待鴿子身體趴臥頭部下垂後，用酒精棉球溼潤鴿子顱頂羽毛，醫用碘伏消毒，然後在手術區皮下注射0.5ml含腎上腺素注射液二十萬分之一濃度的鹽酸利多卡因進行局部麻醉，以提高麻醉鎮痛效果。麻醉後，將鴿子頭部固定在鳥腦立體定位夾持裝置上。
[0022]3)顱頂皮膚切口:用生理鹽水充分浸溼鴿子顱頂羽毛，剪毛剪剪除手術區上方羽毛，醫用碘伏對手術野皮膚進行消毒，確定手術區範圍後止血鉗夾緊皮膚5 min左右，夾閉其中的小血管，用酒精消毒過的組織剪剪除手術野上方皮膚，並及時做好止血處理，消毒棉球擦除顱骨表面結締組織，暴露顱骨I。
[0023]4)顱骨鑽孔及粗糙化處理:將柔性顱骨鑽安裝於腦立體定位儀三維移動臂上，用(60.5mm球頭鑽在鴿子左右兩側中腦上方顱骨(因點後5.0mm、矢狀縫左右兩側各4.0mm)及囟點前鑽螺釘固定孔，根據確定的電極植入點位置在目的腦區上方的顱骨上鑽取電極植入孔，深度剛好穿透顱骨；用顱骨鑽在電極植入孔周圍以Imm間距在顱骨表面鑽凹坑，進行粗糙化處理。
[0024]5)擰入固定螺釘、纏繞參考極:將尖端進行鈍化處理的固定螺釘2擰入鴿子左右兩側中腦上方顱骨及囟點前螺釘固定孔內，擰入深度3mm左右，然後將銀絲纏繞於鴿子左右側中腦上方的固定螺釘2作為參考極4，如圖1所示。本實施例中固定螺釘2為M0.8*5.0mm,固定孔(60.6mm。上述銀絲也可以採用其他金屬絲代替。
[0025]6)電極植入:如圖3所示，打開雙極程控刺激器，調節刺激參數，連接刺激電路，將電極12安裝於定位儀電極適配器，移至鴿子頭部肌肉並與之接觸，發送刺激觀察鴿子肌肉有無震顫，確定刺激環路導通情況。刺激環路導通後，從電極植入孔進給電極12，到達目的腦區附近時邊刺激邊進給，確定目的腦區後停止進給，用醫用EC膠填充電極12與電極植入孔10之間的間隙，然後牙科水泥固定電極，依次在其他目的腦組織13植入並固定電極。本實施例中，電極為直徑100 μ m、Teflon絕緣的鎳鉻合金絲。
[0026]7)電極固定形成初級底板:如圖3所示，用粘稠的牙科水泥在顱骨I表面塗上一厚度Imm左右的薄層對電極12進行整體固定，待其固化後形成初級底板3,初級底板3同時對顱骨I粗糙化處理形成的凹坑進行填充，固化後形成接觸錐11。
[0027]8)電極轉接裝置固定及電極引出端連接:如圖1、3所示，將電極轉接裝置安放在顱骨I上方，使固定螺釘2位於電極轉接裝置的限位凹槽9內，用牙科水泥對電極轉接裝置和固定螺釘2間的間隙進行填充，實現所述電極轉接裝置和固定螺釘2間的固定；同時，用牙科水泥在電極轉接裝置的底板5側面進行包覆，並在底板與上述初級底板3之間進行填充，使電極轉接裝置與初級底板3充分接觸固定；然後將電極弓丨出端6對應連接於電極轉接裝置上的電極轉接孔10內，用焊錫進行焊接，用牙科水泥7整體覆蓋底板5，實現電極轉接裝置與電極12的整體固定。
[0028]9)術後處理:等牙科水泥7固化後對手術創口進行碘伏消毒，並塗抹硫酸慶大黴素防止感染。將鴿子從腦立體定位儀取下，餵少量淡鹽水，做好術後保溫並單獨飼養恢復。
[0029]上述牙科水泥7也可以採用其他醫用膠凝材料。
[0030]如圖2所示，本實施例中的電極轉接裝置包括底板5和與底板5引出端相焊接的排母14，底板5上設置有9個電極轉接孔10，電極轉接孔10連接底板5引出端，並通過底板5引出端與排母14連接，排母14上設置與電極轉接孔10相對應的排母接口 8，排母接口 8經過底板5引出端與電極轉接孔10連通。底板5採用PCB板製成，底板5上排母接口8的相對一側設有2個限位凹槽9，用於與固定螺釘2之間的固定；底板5為上表面小於下表面的稜台結構，以便於底板5與上述初級底板3的固定。
[0031]上述電極轉接裝置中的轉接孔10的數量可以根據研究過程中實際植入電極數量進行增減，排母接口 8與轉接孔10保持對應；限位凹槽9數量也可以根據實際固定需要進行增減。
[0032]本發明的電極轉接裝置及固定方法亦可用於其它鳥類的慢性腦內電刺激研究，通過改變植入電極同樣可以實現鴿子及其它鳥類不同腦區神經元放電的研究。
[0033]以上所述實施例僅表達了本發明的一種實施方式，其描述並不能理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干改進，這些均應落入本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置的固定方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)、對鳥類進行麻醉後，手術暴露鳥類腦區上方的顱骨(I); 2)、在鳥類左右兩側中腦上方顱骨及因點前分別鑽螺釘固定孔；根據確定的電極植入點位置在鳥類目的腦區上方的顱骨上鑽電極植入孔，並在所述電極植入孔周圍的顱骨表面鑽凹坑； 3)、將固定螺釘(2)分別擰入步驟2)所述的鳥類左右兩側中腦上方顱骨及因點前螺釘固定孔內，然後將金屬絲纏繞於鳥類左右兩側中腦上方的固定螺釘(2)上作為刺激用參考極⑷； 4)、依次在步驟2)所述的鳥類目的腦區上方的電極植入孔內植入電極(12)並固定； 5)、在步驟2)所述的鳥類目的腦區上方的顱骨表面塗抹醫用膠凝材料對步驟4)所植入電極(12)進行整體固定，固化後形成`初級底板(3)，所述初級底板(3)同時對步驟2)所述的電極植入孔周圍顱骨表面的凹坑進行填充，形成接觸錐(11); 6)、將電極轉接裝置安放於步驟2)所述的鳥類目的腦區上方，使步驟3)所述的固定螺釘(2)位於所述電極轉接裝置的限位凹槽(9)內，用醫用膠凝材料對所述電極轉接裝置和固定螺釘(2)間的間隙進行填充，實現所述電極轉接裝置和固定螺釘間的固定； 7)、用醫用膠凝材料在步驟6)所述電極轉接裝置的底板(5)側面進行包覆，並在底板(5)與步驟5)所述的初級底板(3)之間進行填充，實現與所述初級底板(3)的固定； 8)、將電極引出端(6)對應連接到步驟6)所述的電極轉接裝置的電極轉接孔(10)內並固定。
2.根據權利要求1所述的鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置的固定方法，其特徵在於所述步驟I)中的鳥類麻醉過程為:用2%戊巴比妥鈉溶液1.5ml/kg胸肌肌肉注射對鳥類進行全身麻醉後，再在鳥類手術區皮下注射0.5ml含腎上腺素注射液二十萬分之一濃度的鹽酸利多卡因進行局部麻醉。
3.根據權利要求1所述的鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置的固定方法，其特徵在於所述步驟2)中的螺釘固定孔和電極植入孔採用安裝於腦立體定位儀三維移動臂上的柔性顱骨鑽，用球頭鑽鑽取，所述電極植入孔的深度剛好穿透顱骨；所述凹坑採用顱骨鑽在電極植入孔周圍以Imm間距在顱骨表面鑽取。
4.根據權利要求1所述的鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置的固定方法，其特徵在於所述步驟4)的電極植入過程為: 1)、打開雙極程控刺激器，調節刺激參數，連接刺激電路，將電極(12)安裝於腦定位儀電極適配器上，然後移至鳥類頭部肌肉並與之接觸，發送刺激確定刺激環路導通情況； 2)、確定刺激環路導通後，經電極植入孔進給電極(12)，到達目的腦區附近時邊刺激邊進給，確定到達目的腦區後停止進給，用醫用EC膠填充電極與電極植入孔間的間隙，然後用醫用膠凝材料固定電極(12)； 3)、依次在其他不同的腦區(13)植入電極(12)並固定。
5.根據權利要求1所述的鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置的固定方法，其特徵在於:所述電極(12)採用直徑為100 ii m、Teflon絕緣的鎳鉻合金絲。
6.根據權利要求1所述的鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置的固定方法，其特徵在於所述步驟6)的電極轉接裝置製作方法為:1)、確定電極轉接裝置的尺寸； 2)、根據確定的電極數量，繪製轉接裝置線路圖並製作底板(5)； 3)、加工與底板(5)的引出端相匹配的排母(14)； 4)、將加工後的排母(14)焊接於底板(5)上的引出端並磨除排母(14)引腳在底板(5)底面的突出部分； 5)、將底板(5)打磨成上表面略小於下表面的稜台結構。
7.根據權利要求1-6任一項所述的鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置，其特徵在於:所述電極轉接裝置包括底板(5)和與底板(5)引出端相連接的排母(14)，所述底板(5)上設有若干電極轉接孔(10)，電極轉接孔(10)連接底板(5)引出端，並通過底板(5)引出端與排母(14)連通，排母(14)上設置有與電極轉接孔(10)相對應的排母接口(8)。
8.根據權利要求7所述的鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置，其特徵在於:所述底板(5)為上表面小於下表面的稜台結構。
9.根據權利要求8所述的鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置，其特徵在於:所述底板(5)上排母接口⑶的相對一側設有限位凹槽(9)。
10.根據權利要求9所述的鳥類慢性腦功能研究用電極轉接裝置，其特徵在於:所述限位凹槽(9)為2個。
【文檔編號】A61B5/0476GK103690262SQ201310620549
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】王浩, 蔡雷, 王文波, 戴振東, 邵靜丹 申請人:南京航空航天大學