下一代神经探针使人们对大脑有了更深入的了解
一种新开发的神经探针，在同一神经设备上集成了空前数量的微型led和记录位点，使神经科学家能够获得关于大脑如何运作的新知识。hectoSTAR探针上的128 μ led和256个记录电极使神经科学家能够跟踪大脑不同区域之间的相互作用。
“有一颗星探针纽约大学的神经科学家、一项新研究的第一作者Mihály Vöröslakos说:“我们可以解决一些以前无法回答的问题。”“拥有别人没有的技术，就有了成为第一个测试这些设备的人的难得机会。”
拥有更多的通道，神经科学家不仅可以记录更大的脑区大脑，还可以记录不同区域之间的相互作用，这可能会为治疗神经疾病带来重要的见解。
hectoSTAR探测器可以覆盖啮齿动物大脑表面的一个区域，称为皮层，一直延伸到大脑深处的海马体。它由4个30 μm厚的硅微针柄组成，能够记录大约1毫米的距离2区域(1.3毫米× 0.9毫米)，可深至大脑内部6毫米。
经过密歇根大学(University of Michigan)研究人员两年的研发，它首次在现实条件下工作。
hectoSTAR探针被放置在一只活老鼠海马体的CA3区域。光通过一个或多个led，神经元的反应由记录电极监测。研究小组发现，光不仅在同一CA3区域的邻近细胞中引起反应，而且还影响了邻近CA1区域的神经元。CA3和CA1区域相隔600微米，也就是半毫米多一点。
“有了这个工具，我们可以扰乱神经系统以非常精确的空间和时间方式，”Vöröslakos说。“hectoSTAR设备，以及一般的微型LED探头，是实现这些实验的惊人工具。”
推进科学研究需要耐心，而且往往需要高度的团队合作。已经熟悉了由密歇根大学Euisik Yoon教授的团队开发的神经探针的早期版本，Vöröslakos作为Kavli学者在密歇根大学Yoon的实验室呆了两年，以确保新技术可以解决非常具体的科学问题。
2015年，Yoon的团队报道这是一种前所未有的神经探针，它可以记录来自多个神经元的活动，并以近乎单细胞的分辨率刺激神经元的活动。这些探针包含12 μ led和32个记录电极。2020年， Yoon的团队由前博士生Kanghwan Kim (MSE博士EE '15 '20)领导，介绍了一种更实用的微led探针，通过去除led刺激在记录的神经信号中产生的大量噪声，可以在led刺激过程中记录高质量的神经信号。
“这项工作为扩大规模铺平了道路，”尹说。“虽然有许多工程上的挑战需要克服，但这一结果使神经科学家能够增加他们对大脑整体连通性的理解。我们对这种新芯片感到兴奋。”
新的μ led尺寸为8 x 11微米，面积约为上一代的一半。hectoSTAR团队的首席研究员Kanghwan Kim将理论应用于实践，以获得足够的光输出来刺激神经元。
他说:“在缩小规模方面，没有什么是微不足道的。
最后，将光刺激点增加到128个有点像噩梦。”为了解决控制问题，他的团队设计了一个开源多通道μLED控制器系统，分别控制发送到每个μLED的光，然后处理来自记录电极的输入信息。
Yoon说:“我们可以精确地控制哪些LED被照亮，以及光的强度，光有能力只刺激靠近LED的少数神经元，然后记录信号如何传播到大脑的其他部分。”
增加一个数量级的led和电极的数量需要时间。他说:“在无尘室呆了这么长时间后，我确实相信它会起作用。“看到这些微型led发光真令人兴奋。”
“如果没有这个探测器，我们将需要将多个探测器放入大脑，以获得相同的信息。即便如此，我们也受到了动物负重的限制。”Vöröslakos解释道。
基于hectoSTAR电极的结果，Vöröslakos正在进行后续的实验，并已经要求下一代的设备。
作为回应，Yoon已经让他目前的研究团队实现了hectoSTAR的两个重要增强:探头的灵活性和非常小型化的床头板。这些改进将使啮齿动物在大脑同时受到刺激和记录的同时，可以自由活动。
来自其他大学的研究人员已经访问了Yoon的实验室，学习如何植入他的神经探针并收集数据。
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