超柔性微電極陣列在大腦深部組織植入與光遺傳學(xué)精確集成的應(yīng)用

瀏覽次數(shù)：338　發(fā)布日期：2023-6-14　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責任自負

超柔性微電極陣列(MEAs)可以在長期植入大量神經(jīng)元后穩(wěn)定地記錄神經(jīng)元，為理解神經(jīng)回路機制和開發(fā)下一代腦機接口提供機會。實現(xiàn)超柔性MEAs需要以微創(chuàng)的方式將其可靠地植入大腦深部組織，并與光遺傳學(xué)工具精確集成，以同時記錄神經(jīng)活動和神經(jīng)調(diào)節(jié)。

2023年5月29日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心方英團隊在Nature Protocols 在線發(fā)表題為“Self-assembled ultraflexible probes for long-term neural recordings and neuromodulation”的研究論文，該研究開發(fā)了一種用于長期神經(jīng)記錄和神經(jīng)調(diào)節(jié)的自組裝超柔性探針。

神經(jīng)科學(xué)的一個中心目標是理解行為背后的協(xié)調(diào)神經(jīng)活動。為了實現(xiàn)這一目標，必須同時記錄大量神經(jīng)元在大范圍時間尺度(從幾毫秒到幾個月)內(nèi)的活動。細胞外微電極是單細胞和單尖峰分辨率記錄神經(jīng)元活動的最廣泛應(yīng)用的工具。最近的進展，包括神經(jīng)像素探針和互補金屬氧化物半導(dǎo)體集成微線陣列，大大增加了每個探針上微電極的數(shù)量和密度。然而，這些剛性探針和軟神經(jīng)組織之間的機械不匹配會導(dǎo)致大腦中電極組織的微運動，從而導(dǎo)致信號在短時間和長時間尺度上漂移。此外，微運動已被證明會誘導(dǎo)植入探針周圍的瘢痕和神經(jīng)元細胞死亡，限制了它們在基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化神經(jīng)科學(xué)中的長期應(yīng)用。與剛性微電極陣列相比，集成在微米厚聚合物基板上的超柔性微電極陣列(MEAs)可以大大減輕電極組織微運動和慢性組織反應(yīng)。改進的超柔性MEAs與神經(jīng)組織之間的接口已被證明能夠長期穩(wěn)定地記錄神經(jīng)元活動，從而為理解神經(jīng)回路機制和開發(fā)下一代腦機接口開辟了新的機會。此外，為了確定神經(jīng)回路活動與腦功能之間的因果關(guān)系，有必要選擇性地操縱特定類型細胞的活動。光遺傳學(xué)可以在高時間分辨率下允許細胞類型特異性激活或抑制神經(jīng)活動。將超柔性MEAs與光遺傳學(xué)工具相結(jié)合，可以實現(xiàn)大腦神經(jīng)活動的長期讀取和細胞類型特異性控制，從而構(gòu)成神經(jīng)回路分析的強大工具。

超柔性MEAs結(jié)構(gòu)設(shè)計（圖源自Nature Protocols ）

該研究描述了制備彈性毛細管自組裝超柔性MEAs的過程，它們與攜帶視蛋白基因和啟動子的腺相關(guān)病毒載體結(jié)合使用，形成光極探針。它們在嚙齒動物大腦中的體內(nèi)實驗應(yīng)用，實現(xiàn)了長時間(數(shù)周至數(shù)月)的神經(jīng)活動的電生理記錄和光學(xué)調(diào)制。設(shè)備制造、探頭組裝和植入在內(nèi)的整個過程可以在3周內(nèi)完成。該方案旨在促進超柔性MEAs在長期神經(jīng)元活動記錄和電生理學(xué)和光遺傳學(xué)方面的應(yīng)用。