鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置及固定方法
【专利摘要】本发明涉及了一种鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置及固定方法，属于神经生物学领域。根据鸟类颅骨特征，在鸟类颅骨上的特定点钻螺钉固定孔、电极植入孔和凹坑；依次在电极植入孔内植入电极后加以固定形成初级底板；将电极转接装置安放在初级底板上方并固定；将电极引出端对应连接于电极转接孔并固定。本发明的电极转接装置包括底板和排母，底板上设有电极转接孔，电极转接孔与排母连通，排母上设置有与电极转接孔数量对应的排母接口。本发明实现了鸟类颅骨深层及表层与电极转接装置的双重固定，适用于对鸟类脑内离散分布脑区的整体研究，其固定时间明显延长，有利于长期脑电研究以及“异物”植入后的脑功能变化等慢性实验研究的开展。
【专利说明】鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置及固定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及了一种鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置及固定方法，属于神经生物学领域。
【背景技术】
[0002]自1791年意大利生物学家Galvani发现生物电现象至今已有两百多年历史。1848年神经传导过程中的电位变化首次被测量。Hess通过脑内埋藏电极的方法实现了对清醒动物不同脑区功能的研究。此后脑内埋藏电极的方法被广泛应用于动物清醒状态下的脑区功能研究，例如:清醒状态牛蛙小脑功能研究、电刺激猫的中脑、下丘脑后诱发防卫行为和绿鬣蜥不同脑区功能的研究等。
[0003]早期对于自由清醒状态动物脑区功能的研究多采用有线刺激的方式，一定程度上限制了动物运动行为的研究。随着微电子、精细加工、通信等技术的迅速发展，符合不同需求的无线刺激装置相继问世，这为更深入地研究动物自由状态下的脑区功能提供了技术支持。目前的电极转接装置主要应用于哺乳动物等的生物电采集，而且电极植入点位置相对固定，无法实现鸟类不同脑区的慢性实验研究。此外，鸟类为了适应飞行活动在进化过程中出现的骨骼特化(疏松多孔)增加了电极转接装置与颅骨固定时的难度，不利于电极转接装置的长期固定，已有报道仅为2个月左右，因此无法对鸟类不同脑区慢性功能进行长期实验研究。
【发明内容】
[0004]本发明在于提供一种鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置及固定方法，以解决现有研究中电极转接装置固定时间短、电极植入位点分布范围小的技术问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供的一种鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置的固定方法，其特征在于包括以下步骤:
1)、对鸟类进行麻醉后，手术暴露鸟类脑区上方的颅骨；
2)、在鸟类左右两侧中脑上方颅骨及因点前分别钻螺钉固定孔；根据确定的电极植入点位置在鸟类目的脑区上方的颅骨上钻电极植入孔，并在所述电极植入孔周围的颅骨表面钻凹坑；
3)、将固定螺钉分别拧入步骤2)所述的鸟类左右两侧中脑上方颅骨及因点前螺钉固定孔内，然后将金属丝缠绕于鸟类左右两侧中脑上方的固定螺钉上作为刺激用参考极；
4)、依次在步骤2)所述的鸟类目的脑区上方的电极植入孔内植入电极并固定；
5)、在步骤2)所述的鸟类目的脑区上方的颅骨表面涂抹医用胶凝材料对步骤4)所植入电极进行整体固定，固化后形成初级底板，所述初级底板同时对步骤2)所述的电极植入孔周围颅骨表面的凹坑进行填充，形成接触锥；
6)、将电极转接装置安放于步骤2)所述的鸟类目的脑区上方，使步骤3)所述的固定螺钉位于所述电极转接装置的限位凹槽内，用医用胶凝材料对所述电极转接装置和固定螺钉间的间隙进行填充，实现所述电极转接装置和固定螺钉间的固定；
7)、用医用胶凝材料在步骤6)所述电极转接装置的底板侧面进行包覆，并在底板与步骤5)所述的初级底板之间进行填充，实现与所述初级底板的固定；
8)、将电极引出端对应连接到步骤6)所述的电极转接装置的电极转接孔内并固定。
[0006]本发明中，所述步骤I)中的鸟类麻醉过程为:用2%戊巴比妥钠溶液1.5ml/kg胸肌肌肉注射对鸟类进行全身麻醉后，再在鸟类手术区皮下注射0.5ml含肾上腺素注射液二十万分之一浓度的盐酸利多卡因进行局部麻醉。
[0007]本发明中，所述步 骤2)中的螺钉固定孔和电极植入孔采用安装于脑立体定位仪三维移动臂上的柔性颅骨钻，用球头钻钻取，所述电极植入孔的深度刚好穿透颅骨；所述凹坑采用颅骨钻在电极植入孔周围以Imm间距在颅骨表面钻取。
[0008]本发明中，所述步骤4)的电极植入过程为:
1)、打开双极程控刺激器，调节刺激参数，连接刺激电路，将电极安装于脑定位仪电极适配器上，然后移至鸟类头部肌肉并与之接触，发送刺激确定刺激环路导通情况；
2)、确定刺激环路导通后，经电极植入孔进给电极，到达目的脑区附近时边刺激边进给，确定到达目的脑区后停止进给，用医用EC胶填充电极与电极植入孔间的间隙，然后用医用胶凝材料固定电极；
3)、依次在其他不同的脑区植入电极并固定。
[0009]本发明中，所述电极采用直径为100 μ m、Teflon绝缘的镍铬合金丝。
[0010]本发明中，所述步骤6)的电极转接装置制作方法为:
1)、确定电极转接装置的尺寸；
2)、根据确定的电极数量，绘制转接装置线路图并制作底板；
3)、加工与底板的引出端相匹配的排母；
4)、将加工后的排母焊接于底板上的引出端并磨除排母引脚在底板底面的突出部分；
5)、将底板打磨成上表面略小于下表面的棱台结构。
[0011]本发明还提供了一种鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置，其特征在于:所述电极转接装置包括底板和与底板引出端相连接的排母，所述底板上设有若干电极转接孔，电极转接孔连接底板引出端，并通过底板引出端与排母连通，排母上设置有与电极转接孔相对应的排母接口。
[0012]本发明中，所述底板为上表面小于下表面的棱台结构。
[0013]本发明中，所述底板上排母接口的相对一侧设有限位凹槽。
[0014]本发明中，所述限位凹槽为2个。
[0015]本发明有益效果在于:
(1)、本发明提供的固定方法充分考虑了鸟类骨骼特性，实现了鸟类颅骨深层及颅骨表层与电极转接装置的双重固定，延长了电极转接装置使用寿命；
(2)、本发明通过对植入电极引出端的转接，实现了对鸟类脑内离散分布脑区的整体研
究;
(3)、本发明使用电极转接装置体积小、重量轻，适用于各类鸟类头部的固定，对鸟类正常活动无可辨别影响；
(4)、本发明使用方便、操作简单、稳定性好。【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1本发明中电极转接装置连接植入电极引出端并整体固定后的俯视示意图。
[0017]图2本发明中电极转接装置结构示意图。
[0018]图3本发明中电极转接装置连接植入电极引出端并整体固定后的冠状面示意图。
[0019]图中，1-颅骨、2-固定螺钉、3-初级底板、4-参考极、5-底板、6-电极引出端、7-牙科水泥、8-排母接口、9-限位凹槽、10-电极转接孔、11-接触锥、12-电极、13-脑组织、14-排母。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图以鸽子为例对本发明-鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置的固定方法作详细介绍，本方法包括以下步骤:
1)、电极转接装置制作过程:如图1、2所示，确定鸽子颅骨形貌特征，根据脑功能研究所需电极数量，绘制电极转接装置线路图，制作底板5 ;加工与底板5的引出端相匹配的排母14 ;将加工后的排母14焊接于电极转接装置引出端，并将去掉配合端针体的排针插入电极转接装置上的排母。用细砂纸打磨排母引脚在线路板底面的突出部分以降低电极转接装置高度，减小电极转接装置的体积；同时，对底板5的侧面进行打磨，使底板形成一个上表面略小于下表面的棱台样结构，以便于更好地固定。本实施例中，底板5采用PCB板，排母14包括9个排母接口，外形尺寸:长12.8mm、宽9.5mm、高5.5mm,重量为0.42g。
[0021]2)鸽子麻醉及头部固定:用医用酒精对鸽子胸肌近剑突侧进行皮肤消毒，暴露胸肌，使用Iml注射器从鸽子胸肌中部，剑突旁开1.5-2.0cm处平行剑突方向进针按1.5ml/kg注射2%戊巴比妥钠溶液，进行鸽子全身麻醉，待鸽子身体趴卧头部下垂后，用酒精棉球湿润鸽子颅顶羽毛，医用碘伏消毒，然后在手术区皮下注射0.5ml含肾上腺素注射液二十万分之一浓度的盐酸利多卡因进行局部麻醉，以提高麻醉镇痛效果。麻醉后，将鸽子头部固定在鸟脑立体定位夹持装置上。
[0022]3)颅顶皮肤切口:用生理盐水充分浸湿鸽子颅顶羽毛，剪毛剪剪除手术区上方羽毛，医用碘伏对手术野皮肤进行消毒，确定手术区范围后止血钳夹紧皮肤5 min左右，夹闭其中的小血管，用酒精消毒过的组织剪剪除手术野上方皮肤，并及时做好止血处理，消毒棉球擦除颅骨表面结缔组织，暴露颅骨I。
[0023]4)颅骨钻孔及粗糙化处理:将柔性颅骨钻安装于脑立体定位仪三维移动臂上，用(60.5mm球头钻在鸽子左右两侧中脑上方颅骨(因点后5.0mm、矢状缝左右两侧各4.0mm)及囟点前钻螺钉固定孔，根据确定的电极植入点位置在目的脑区上方的颅骨上钻取电极植入孔，深度刚好穿透颅骨；用颅骨钻在电极植入孔周围以Imm间距在颅骨表面钻凹坑，进行粗糙化处理。
[0024]5)拧入固定螺钉、缠绕参考极:将尖端进行钝化处理的固定螺钉2拧入鸽子左右两侧中脑上方颅骨及囟点前螺钉固定孔内，拧入深度3mm左右，然后将银丝缠绕于鸽子左右侧中脑上方的固定螺钉2作为参考极4，如图1所示。本实施例中固定螺钉2为M0.8*5.0mm,固定孔(60.6mm。上述银丝也可以采用其他金属丝代替。
[0025]6)电极植入:如图3所示，打开双极程控刺激器，调节刺激参数，连接刺激电路，将电极12安装于定位仪电极适配器，移至鸽子头部肌肉并与之接触，发送刺激观察鸽子肌肉有无震颤，确定刺激环路导通情况。刺激环路导通后，从电极植入孔进给电极12，到达目的脑区附近时边刺激边进给，确定目的脑区后停止进给，用医用EC胶填充电极12与电极植入孔10之间的间隙，然后牙科水泥固定电极，依次在其他目的脑组织13植入并固定电极。本实施例中，电极为直径100 μ m、Teflon绝缘的镍铬合金丝。
[0026]7)电极固定形成初级底板:如图3所示，用粘稠的牙科水泥在颅骨I表面涂上一厚度Imm左右的薄层对电极12进行整体固定，待其固化后形成初级底板3,初级底板3同时对颅骨I粗糙化处理形成的凹坑进行填充，固化后形成接触锥11。
[0027]8)电极转接装置固定及电极引出端连接:如图1、3所示，将电极转接装置安放在颅骨I上方，使固定螺钉2位于电极转接装置的限位凹槽9内，用牙科水泥对电极转接装置和固定螺钉2间的间隙进行填充，实现所述电极转接装置和固定螺钉2间的固定；同时，用牙科水泥在电极转接装置的底板5侧面进行包覆，并在底板与上述初级底板3之间进行填充，使电极转接装置与初级底板3充分接触固定；然后将电极弓丨出端6对应连接于电极转接装置上的电极转接孔10内，用焊锡进行焊接，用牙科水泥7整体覆盖底板5，实现电极转接装置与电极12的整体固定。
[0028]9)术后处理:等牙科水泥7固化后对手术创口进行碘伏消毒，并涂抹硫酸庆大霉素防止感染。将鸽子从脑立体定位仪取下，喂少量淡盐水，做好术后保温并单独饲养恢复。
[0029]上述牙科水泥7也可以采用其他医用胶凝材料。
[0030]如图2所示，本实施例中的电极转接装置包括底板5和与底板5引出端相焊接的排母14，底板5上设置有9个电极转接孔10，电极转接孔10连接底板5引出端，并通过底板5引出端与排母14连接，排母14上设置与电极转接孔10相对应的排母接口 8，排母接口 8经过底板5引出端与电极转接孔10连通。底板5采用PCB板制成，底板5上排母接口8的相对一侧设有2个限位凹槽9，用于与固定螺钉2之间的固定；底板5为上表面小于下表面的棱台结构，以便于底板5与上述初级底板3的固定。
[0031]上述电极转接装置中的转接孔10的数量可以根据研究过程中实际植入电极数量进行增减，排母接口 8与转接孔10保持对应；限位凹槽9数量也可以根据实际固定需要进行增减。
[0032]本发明的电极转接装置及固定方法亦可用于其它鸟类的慢性脑内电刺激研究，通过改变植入电极同样可以实现鸽子及其它鸟类不同脑区神经元放电的研究。
[0033]以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述并不能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，还可以做出若干改进，这些均应落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置的固定方法，其特征在于包括以下步骤: 1)、对鸟类进行麻醉后，手术暴露鸟类脑区上方的颅骨(I); 2)、在鸟类左右两侧中脑上方颅骨及因点前分别钻螺钉固定孔；根据确定的电极植入点位置在鸟类目的脑区上方的颅骨上钻电极植入孔，并在所述电极植入孔周围的颅骨表面钻凹坑； 3)、将固定螺钉(2)分别拧入步骤2)所述的鸟类左右两侧中脑上方颅骨及因点前螺钉固定孔内，然后将金属丝缠绕于鸟类左右两侧中脑上方的固定螺钉(2)上作为刺激用参考极⑷； 4)、依次在步骤2)所述的鸟类目的脑区上方的电极植入孔内植入电极(12)并固定； 5)、在步骤2)所述的鸟类目的脑区上方的颅骨表面涂抹医用胶凝材料对步骤4)所植入电极(12)进行整体固定，固化后形成`初级底板(3)，所述初级底板(3)同时对步骤2)所述的电极植入孔周围颅骨表面的凹坑进行填充，形成接触锥(11); 6)、将电极转接装置安放于步骤2)所述的鸟类目的脑区上方，使步骤3)所述的固定螺钉(2)位于所述电极转接装置的限位凹槽(9)内，用医用胶凝材料对所述电极转接装置和固定螺钉(2)间的间隙进行填充，实现所述电极转接装置和固定螺钉间的固定； 7)、用医用胶凝材料在步骤6)所述电极转接装置的底板(5)侧面进行包覆，并在底板(5)与步骤5)所述的初级底板(3)之间进行填充，实现与所述初级底板(3)的固定； 8)、将电极引出端(6)对应连接到步骤6)所述的电极转接装置的电极转接孔(10)内并固定。
2.根据权利要求1所述的鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置的固定方法，其特征在于所述步骤I)中的鸟类麻醉过程为:用2%戊巴比妥钠溶液1.5ml/kg胸肌肌肉注射对鸟类进行全身麻醉后，再在鸟类手术区皮下注射0.5ml含肾上腺素注射液二十万分之一浓度的盐酸利多卡因进行局部麻醉。
3.根据权利要求1所述的鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置的固定方法，其特征在于所述步骤2)中的螺钉固定孔和电极植入孔采用安装于脑立体定位仪三维移动臂上的柔性颅骨钻，用球头钻钻取，所述电极植入孔的深度刚好穿透颅骨；所述凹坑采用颅骨钻在电极植入孔周围以Imm间距在颅骨表面钻取。
4.根据权利要求1所述的鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置的固定方法，其特征在于所述步骤4)的电极植入过程为: 1)、打开双极程控刺激器，调节刺激参数，连接刺激电路，将电极(12)安装于脑定位仪电极适配器上，然后移至鸟类头部肌肉并与之接触，发送刺激确定刺激环路导通情况； 2)、确定刺激环路导通后，经电极植入孔进给电极(12)，到达目的脑区附近时边刺激边进给，确定到达目的脑区后停止进给，用医用EC胶填充电极与电极植入孔间的间隙，然后用医用胶凝材料固定电极(12)； 3)、依次在其他不同的脑区(13)植入电极(12)并固定。
5.根据权利要求1所述的鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置的固定方法，其特征在于:所述电极(12)采用直径为100 ii m、Teflon绝缘的镍铬合金丝。
6.根据权利要求1所述的鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置的固定方法，其特征在于所述步骤6)的电极转接装置制作方法为:1)、确定电极转接装置的尺寸； 2)、根据确定的电极数量，绘制转接装置线路图并制作底板(5)； 3)、加工与底板(5)的引出端相匹配的排母(14)； 4)、将加工后的排母(14)焊接于底板(5)上的引出端并磨除排母(14)引脚在底板(5)底面的突出部分； 5)、将底板(5)打磨成上表面略小于下表面的棱台结构。
7.根据权利要求1-6任一项所述的鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置，其特征在于:所述电极转接装置包括底板(5)和与底板(5)引出端相连接的排母(14)，所述底板(5)上设有若干电极转接孔(10)，电极转接孔(10)连接底板(5)引出端，并通过底板(5)引出端与排母(14)连通，排母(14)上设置有与电极转接孔(10)相对应的排母接口(8)。
8.根据权利要求7所述的鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置，其特征在于:所述底板(5)为上表面小于下表面的棱台结构。
9.根据权利要求8所述的鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置，其特征在于:所述底板(5)上排母接口⑶的相对一侧设有限位凹槽(9)。
10.根据权利要求9所述的鸟类慢性脑功能研究用电极转接装置，其特征在于:所述限位凹槽(9)为2个。
【文档编号】A61B5/0476GK103690262SQ201310620549
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】王浩, 蔡雷, 王文波, 戴振东, 邵静丹 申请人:南京航空航天大学