通过分析神经信号映射三维人工脑模型中的功能连通性

人的大脑不得比其他器官可进入，因为它被厚厚的硬头骨覆盖。结果，研究人员仅限于低分辨率成像或对颅骨外测量的脑信号分析。这已被证明是大脑研究的主要障碍，包括对发育阶段，疾病原因及其治疗的研究。最近，已经使用来自大鼠或人源性诱导的多能干细胞（IPSC）的主要神经元进行研究以创建已应用以研究脑发育过程和脑病的原因的人工脑模型。这些研究有望发挥解锁大脑的奥秘发挥关键作用。

在过去，人为脑模型是在2D中创建和研究;然而，2017年，kist的研究小组开发了一个3D人为脑模型，更像真正的大脑。遗憾的是，由于缺乏用于在3D脑模型中研究信号的分析框架，研究仅限于表面信号的分析，或者必须将3D结构改革为平坦形状。因此，跟踪神经信号在一个复杂的，相互连接的人造网络中仍然是一个挑战。

韩国科学技术研究所(KIST)宣布，Il-Joo Cho和Nakwon Choi的研究团队已经开发了一种分析系统这可以将精确的非破坏性刺激应用于3D人工神经电路，并在蜂窝水平处的模型内的多个位置实时测量神经信号。

用于测量神经信号的3D多功能系统是与63微电极集成的50μm宽的针形硅探针阵列（大约一半的人发的宽度）的形式。当该系统插入人工脑模型中时，它能够同时测量来自神经电路内的多个位置的信号。探针包含一个光纤和药物输送通道，通过光或药物能够精确地刺激神经元。通过测量脑模型的功能变化，响应于这些刺激，该模型可用于研究脑功能和脑病。

使用该系统在光学上刺激人工大脑模型中的神经电路，同时测量多个位置的响应信号的传播，研究小组证明了神经信号的传播速度根据3D脑模型内的方向而不同。除了结构脑图，可以使用电子显微镜这项研究表明，构建3D功能性脑地图的可能性，该脑地图显示了如何在复杂的人工脑网络中在功能上连接的不同电路。

从康涅狄格州崔博士表示，“新开发的系统使我们能够研究各种发育脑疾病和脑病的原因和治疗。”CO CHO博士补充说：“该系统能够从3D人为脑模型中进行功能测量，以前是不可能的。我们预计该系统的发展将有助于从根本上减少为各种脑病制定药物或治疗所需的时间。“

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