神經生物學 | Nature:革命性新技術

2021-01-21 生物通

現有記錄設備依賴於金屬絲電極,允許被植入腦內的數量有限,通常有幾十個傳感器,因此只能提供腦內很小範圍內的詳細信息。新探針擁有960個記錄位點,能同時記錄跨大鼠和小鼠不同腦區數百個神經元的活動,讓研究人員了解大腦不同部分如何協同處理信息,幫助人類更好地理解抑鬱症或阿爾茲海默症的神經迴路,從而產生新治療方法。


新探針由霍華德醫學研究所(HHMI)、艾倫腦科學研究所、慈善和Wellcome基金會投資550萬美元研發。長10mm(大致與小鼠或大鼠腦尺寸相當),截面寬70×20μm,每毫米覆蓋100個記錄點。探頭可自動將檢測到的電信號轉換成數位訊號便於計算分析。


目前,大約400個原型版本正在接受世界頂尖實驗室中心檢測。預計2018年,Neuropixels將以成本價面向世界各地科學家出售。僅使用2個Neuropixels探針,研究人員同時記錄了小鼠5個腦區超過700個獨立神經元。而且,這種探針可在自由移動的動物身上進行長達150天的連續實驗。11月11日-15日,聯盟科學家將在華盛頓召開的神經科學協會年會上集中匯報Neuropixels探針原型的收集數據。


國際大腦實驗室(International Brain Laboratory)匯集了來自英國、美國、法國、瑞士和葡萄牙等國家的眾多科研機構,他們都參與了使用Neuropixels探針探索小鼠覓食相關的許多不同腦區的研究。整合多個實驗室的數據,通過同時記錄小鼠執行一個任務時,來自1000個神經元的活動信號,科學家們首次在細胞水平上準確地測繪了整個大腦。


HHMI資深教職、Neuropixels國際合作項目的領導者Timothy Harris說:「你所做的每個行動和決定都涉及數百萬神經元的相互作用,這項技術將使我們輕鬆分辨跨多腦區的神經元活動,有了它,將大大加快神經科學研究步伐。」


Wellcome研究員、倫敦大學學院神經科學家Matteo Carandini說:「了解大腦眾多神經元如何工作是探索大腦奧秘的第一步。直到最近,人們才有能力在特定腦區測量單個神經元的活動或大範圍測量區域性活動,但是這兩種實驗不能同時進行。


Neuropixels的問世將徹底改變遊戲規則,真正實現神經元水平上的大腦功能研究。」


Wellcome神經科學和心理健康領導者Andrew Welchman說:「這些探針將我們從小型黑白電視機時代帶至高解析度大顯示屏時代。儘管在揭開大腦奧秘方面我們還有很長的路要走,這項技術是指示前進方向的重要路標。」


原文標題


Fully integrated silicon probes for high-density recording of neural activity



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