Патент ссср 161979

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИИ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСтижКИХ

РеспуБлиК

Кл асс ъ Я, 5 лч, "с 1П К

С 056

Заявлено 16.1V.1963 (Рй 831213131-16) ГОСУ АРОТБЕННЫй

КОМИТЕТ ПО ДЕЛАМ

ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

СССР

Опубликовано 01,IV.1964. Бюллетень М 8

УДК

Подписная группа 148 -1 ° c

P. М. Мещерский и С. P. Гутман

УСТРОИСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОИСКА НЕЙРОНОВ

В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Техника современного нейрофизиологического эксперимента, в особенности с применением микроэлектродов, отличающаяся трудоемкостью и сложностью, требует внедрения автоматизации. Например, на поиск активных нейронов, производимый путем ступенчатого погружения микроэлектрода в нервную ткань посредством механических или гидравлических микроманипуляторов с ручным управлением, затрачивается значительная часть экспериментального времени. Кроме того, эта процедура утомительна для экспериментатора и связана с неизбежной гибелью части нейронов из-за того, что экспериментатор не успевает во время остановить продвижение микроэлектрода.

Предлагаемое устройство отличается тем, что в нем установлена следящая система, включающая биоусилитель, пороговый фильтр, триггеры, генератор импульсов, усилитель мощности и реверсивный шаговый механизм.

Это позволяет автоматизировать погружение микроэлектрода в нервную ткань и остановку его на заданном расстоянии от активного нейрона.

Кроме того, устройство позволяет автоматизировать погружение и остановку микроэлектрода íа заданном расстоянии от нейрона, лишенного спонтанной активности, для чего в устройстве установлен двухканальный стимулятор, вырабатывающий внешние раздражения соответствующей модальности.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — блок-схема следящей системы.

Устройство содержит микроэлектрод 1, погружаемый в нервную ткань посредством микроманипулятора (механического или гидравлического) приводимого реверсивным шаговым механизмом 2. Работой шагового механизма 2 управляет следящая система 3, на вход которой поступает сигнал от микроэлектрода, усиленный в биоусилителе 4.

В следящей системе сигнал от биоусилителя пропускается через пороговый фильтр 5, в котором производится «различение» спайковых потенциалов и мембранного потенциала нейрона. Далее сигнал проходит через спусковое устройство — триггер Шмидта б, управляющий триггер 7, генератор импульсов 8, усилитель мощности 9 и поступает в реверсивиый шаговый механизм 2, управляющий работой микроманипулятора с микроэлектродом 1.

Устройство может быть запущено от руки путем нажатия на пусковую кнопку в управляющем триггере 7 или импульсом отрицательной полярности, подаваемом на зажимы !

О внешнего запуска.

Пороговая амплитуда Ч входного сигнала зависит при заданном режиме усилительного тракта от амплитуды, которая избрана критической для нейронных спайков. Величина этой критической амплитуды устанавливается в зависимости от того, на какое расстоя№ 1б1979 ние кончик микроэлектродг должен подойтн к нейрону 11, Внеклеточпые потенциалы пирамидных нейронов с амплитудой 50 — 100 лкв начинают регистрироваться на расстоянии

150 — 200 мк от тела нейрона. При дальнейшем приближении кончика микроэлектрода к нейрону амплитуда этих отрицательных спайковых потенциалов возрастает до 1 — 5 яв. Кorда расстолние от нейронов до кончика микроэлектрода станет равным 10 лк, по оценкам будет регистрироваться потенциал с амплитудой 2,èâ. Дальнейшее продвижение микроэлектрода уже связано с опасностью травмирования и разрушения нейрона, особенно учитывая, что полное блокирование дыхагельных и систолических пульсов мозга обычно практически не достигается. Поэтому в качестве порогового значения амплитуды V входного сигнала рекомендуется величина 0,5—

2 л.в в зависимости от типа исследуемого чейрона. Чувствительность срабатывания спускового устройства триггера Шмидта б устанавливается в зависимости от этой принятой величины амплитуды входного сигнала.

При поиске нейронов, имеющих спонтанную активность, когда микроэлектрод достигает точки 12, начинают регистрироваться внеклеточные потенциалы небольшой амплитуды.

При дальнейшем продвижении микроэлектрода до точки 18 амплитуда спайковых потенциалов возрастает, но еще не достигает заданного порогового значения U. Спайковые погенциалы в этой точке мозга могут лишь незначительно отличаться по амплитуде от фоновых потенциалов, представляющих в данном случае физиологический «шум мозга», и не могут быть поэтому выделены входным устройством прибора — пороговым фильтром 5.

При продви>кении микроэлектрода в точку

14 амплитуда спайковых потенциалов достигает порогового значения. Это приводит к отпиранию управляющего триггера 7, выключению шагового механизма и прекращению продвижения микроэлектрода. При U равном !—

2 л в фоновые волны, имеющие значительно меньшую амплитуду (200 — 300 лкв), не перебрасывают управляющий триггер 7. При 1 =

=0,5 лв и большой амплитуде фоновой акгивности в усилительном тракте включается фильтр, срезающий медленные колебания (постояннал времени у фильтра выбирается равной 0,01 сек).

Для внутриклеточной регистрации потенциалов в пороговом фильтре предусмотрен фильтр низкой частоты (с постоянной времени

0,1 сек), который не пропускает спайковые потенциалы на управляющий триггер 7. В то же время потенциалы длительностью 100 мсек и более пройдут через фильтр. Если эти потенциалы имеют пороговую амплитуду и соответствующ> ю Iloллрнесть, oltlI о oI1p, T тригroo 7.

Пороговое значение входиorn сигналя в эгом режиме работы устройства может быть порядка 30 — 50 мв, что полностью исключает возможность помех со стороны фоновой активности мозга. В рассматриваемом режиме работы поло>кение микроэлектрода, при котором его передвижение будет приостановлено, соответствует точке 15.

При поиске нейронов, лишенных спонтанной активности, производится активирование этих нейронов относительно редкими (один раз в

1 — 10 сек) внешними раздра>кениями сооТветствующей модальности (свет для нейронов зрительной системы, звук — для нейронов слухового анализа, кожное раздражение — для нейронов соматосенсорной системы и т, д.). В тех случаях, когда артефакт раздра>кенил отсутствует или имеет незначительную величину, раздражения даются на фоне непрерывно работающего шагового механизма. При огвете нейрона на раздражение продвижение микроэлектрода прекращается. Пробег микроэлектрода между двумя раздра>кениями зависит от частоты срабатывания шагового механизма, коэффициента редуктора подающей системы микроманипулятора и частоты раздражения. Если задано пороговое значение амплитуды входного сигнала и ожидаемый латентный период ответя, эти параметры могут быть подобраны так, чтобы микроэлектрод прекращал продвижение до того, как он повредит реагирующий нейрон.

При активировании нейронов прямым раздра>кением структур мозга артефакт раздражения может оказаться настолько большим, что, имея длительность порядка длительности нейронного спайкового потенциала, он будет восприниматься следящей системой как по;,åçíûé сигнал, и, следовательно, будет блокировать работу шагового механизма. Для предотвращения остановки шагового механизма в этом случае применяется двухканальный стимулятор 16, который выдает в следящую систему 8 на зажимы 10 управляющего триггера 7 второй запускающий импульс положительной полярности (длительностью 1 — 2 свк).

При поиске нейронов, ожидаемый латентный период ответа которых больше 5 ясвк, запускающий импульс может выдаваться непосредствеHHO вслед за артефактом раздра>кения. Если же у исследуемых нейронов ожидается небольшой латентный период ответа, запускающий импульс подается через несколько секунд после артефакта раздра>кения. Однако в случае возникновения в начале этой паузы ответов нейрона (что можно обнару>кить с помощью катодного осциллографа) подача запускающего импульса не произзодится.

% 1G1979

lб

Г7,, Составитель Е. Я. Ланцбург

Редактор М. И. Бородина Техред А. А. Камь1шникова Корректор Г. E. Опарина

Г!одп. к печ. 41Ъ вЂ” 54 г. Форгаат бум. 60X90 s Объе » 0,35 изд. л

Заказ 1159/12 Тираж 1400 Цена 5 коп.

ЦНИИПИ Государственного когинтета по делана изобретений и открь,тнн СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2

Предмет изобретения

Устройство для автоматического поиска нейронов в эксперименте, состоящее из микроманипулятора, микроэлектрода и источника питания, отличающееся тем, что, с целью автоматического погружения микроэлектр ода в нервную ткань и остановки его на заданном расстоянии от активного нейрона, установлена следящая система, включающая в себя биоусилитель, пороговый фильтр, триггеры, генератор импульсов, усилитель мощности и реверсивный шаговый механизм.

2. Устройство по п. 1, отл и чающее с я тем, что, с целью автоматического погружения микроэлектрода в нервную ткань и останозки его на заданном расстоянии от нейрона, лишенного спонтанной активности, установлен двухканальный стимулятор, вырабатывающий внешние раздражения соответствующей voдальности.