[发明专利]一种体外模块化神经元网络的构建方法

说明书

本发明涉及一种体外模块化神经元网络的构建方法，所述方法基于数字图像处理技术，生成覆盖所有待研究结构参数组合的图案，并将其拼接为单张图案，结合基于激光直写的软光刻工艺与表面改性方法，可制备包含所有待研究图案的微印刷版，以实现单次印刷即生成包含任意不同参数组合的模块化蛋白图案，实现了体外构建由真实神经元构成的不同参数组合的模块化神经元网络。

技术领域

本发明涉及组织工程技术领域，特别涉及一种体外模块化神经元网络的构建方法。

背景技术

大量研究表明，在包括人在内的许多动物的大脑中，神经元并非均匀分布而形成一张整体的神经网络，而是以模块化，分布式的结构，形成一个个局部神经元密度和突触密度极大的集成单元，单元与单元之间则形成相对较为稀疏的轴突投射与突触连接。因此，研究模块化神经元网络，对于研究高级动物的记忆和学习行为，进而理解人类的意识产生，具有相当重要的作用。而目前对于模块化神经元网络的研究，大多集中于研究活体啮齿动物中特定的脑区间构成的神经回路，这些回路因其本身承载有重要的感觉或运动功能，并内在地具备神经编解码功能，而具有重要研究价值。然而，也同样因其内部具有完整的编解码功能，许多研究仅能联系行为层面和部分神经元的放电层面，来试图理解其编解码方式。这类研究受限于无法改变或定制模块化神经元网络的重要参数，因此在模块化神经元网络的编解码机理方面的研究进展缓慢。因此，体外构建由真实神经元构成的不同参数组合的模块化神经元网络，对于研究模块化神经元网络的编解码方式，研究其结构参数与网络间信息传播与其动态特性的影响，以及研究上述参数与药理作用的相互关系，都至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种体外模块化神经元网络的构建方法，以实现体外构建由真实神经元构成的不同参数组合的模块化神经元网络。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种体外模块化神经元网络的构建方法，所述方法包括如下步骤：

采用数字图像处理方法，生成覆盖所有待研究结构参数的掩模图案；

采用激光直写的软光刻工艺，根据所述掩模图案制备PDMS微印刷版；

在表面改性的培养皿中根据所述PDMS微印刷版印刷生成蛋白图案，获得印刷有蛋白图案的培养皿；

在所述印刷有蛋白图案的培养皿进行原代皮层神经元接种，获得体外模块化神经元网络。

可选的，所述采用数字图像处理方法，生成覆盖所有待研究结构参数的掩模图案，具体包括：

编程绘制参数可调的模块化图案；

将多个参数可调的模块化图案进行拼接，获得拼接后的图案；

调整拼接后的图案中每个参数可调的模块化图案的参数生成覆盖所有待研究结构参数的掩模图案。

可选的，编程绘制参数可调的模块化图案，具体包括：

生成包含p_row×p_col个元素的模块数值矩阵；其中，p_row和p_col表示模块数值矩阵的横向元素和纵向元素的数量；

将模块数值矩阵中左上角为((i-1)×2n+1,(j-1)×2n+1),右下角为((i-1)×2n+n,(j-1)×2n+n)的方形区域内所有元素重置为255，完成参数可调的模块化图案的模块区域的绘制；其中，i和j分别从1遍历至N_row和N_col，n为模块的边长，N_row为参数可调的模块化图案在横向方向上包含的模块的数量，N_col为参数可调的模块化图案在纵向方向上包含的模块的数量；