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神經(jing)探針(zhen)是一(yi)種用來記錄神經(jing)活(huo)動的針(zhen)狀電傳感器，是腦(nao)科(ke)學(xue)研(yan)(yan)究(jiu)和腦(nao)機(ji)接口(kou)中的核(he)心(xin)技術(shu)(shu)。北京大(da)學(xue)研(yan)(yan)究(jiu)人員通(tong)過技術(shu)(shu)創(chuang)新成功(gong)研(yan)(yan)發一(yi)種高密度、高通(tong)道的神經(jing)探針(zhen)，在國際上(shang)首次實現對獼猴大(da)腦(nao)全深度、高通(tong)量神經(jing)元活(huo)動的記錄。其單根探針(zhen)上(shang)集成了1024個可同(tong)時記錄的神經(jing)信號(hao)通(tong)道，達(da)到國際領先水平。該成果24日(ri)在線發表(biao)于(yu)國際學(xue)術(shu)(shu)期刊《自然·神經(jing)科(ke)學(xue)》。
圖(tu)(tu)為“神經卷軸”探針在(zai)全腦尺度記錄神經活(huo)動(dong)示意(yi)圖(tu)(tu)。(受(shou)訪者供圖(tu)(tu))
在整腦(nao)范圍內實現多腦(nao)區、長(chang)時(shi)間、高(gao)通量、高(gao)時(shi)空分辨神(shen)經(jing)活(huo)動的(de)記(ji)錄，對理解大腦(nao)的(de)神(shen)經(jing)機制、調控神(shen)經(jing)活(huo)動具有重(zhong)要意義。已有的(de)高(gao)通道神(shen)經(jing)探針主要適(shi)用于鼠(shu)等嚙齒類動物(wu)腦(nao)研究，即便用于靈長(chang)類動物(wu)腦(nao)研究，也難以覆蓋其(qi)整腦(nao)尺度(du)。
北(bei)京大學(xue)未來技術學(xue)院(yuan)段小(xiao)潔研究員團隊設計并制備了一種超薄柔性微電極陣列薄膜，通(tong)過(guo)如“卷軸”般(ban)特殊的繞卷組裝工藝，制造出名為“神(shen)經卷軸”的神(shen)經探針。該(gai)探針長度(du)可在1厘米到(dao)1分米范圍內靈活設計，從(cong)而匹(pi)配從(cong)嚙齒類(lei)到(dao)靈長類(lei)動物的大腦尺(chi)寸。
制(zhi)備高(gao)通道(dao)神經探針的一個主要瓶頸是神經探針和后(hou)端(duan)電(dian)子(zi)(zi)器(qi)件(jian)之間(jian)的連(lian)接。良好的電(dian)學連(lian)接可實(shi)現神經信(xin)號的精準采集與(yu)傳輸。為此，研究(jiu)團隊還研發(fa)了高(gao)密度柔性冷焊技(ji)術，實(shi)現了“神經卷軸”探針與(yu)后(hou)端(duan)電(dian)子(zi)(zi)器(qi)件(jian)的集成化、高(gao)密度連(lian)接。
圖為9厘米長的“神經卷軸”探針實物。(受訪者(zhe)提供(gong))
段小潔介紹，團(tuan)隊利用(yong)“神經(jing)卷軸”探(tan)針，在獼猴(hou)大(da)腦(nao)中實(shi)現(xian)了(le)從腦(nao)表面(mian)皮層(ceng)至顱底全深度覆蓋(gai)的(de)(de)(de)超(chao)700個單神經(jing)元(yuan)活(huo)動的(de)(de)(de)同時監測。此外，還在大(da)鼠大(da)腦(nao)中實(shi)現(xian)了(le)長達兩年(nian)的(de)(de)(de)穩定神經(jing)記(ji)錄，展現(xian)出該探(tan)針優異的(de)(de)(de)生物(wu)相容性和(he)長期記(ji)錄穩定性。
中(zhong)(zhong)國科(ke)學(xue)(xue)院院士(shi)、北京大學(xue)(xue)國家生物醫學(xue)(xue)成像科(ke)學(xue)(xue)中(zhong)(zhong)心(xin)主任程和(he)(he)平表示，這一突破性成果為(wei)多腦區(qu)活(huo)動的(de)(de)高通(tong)量同步監測、探究神(shen)經(jing)活(huo)動與(yu)行為(wei)學(xue)(xue)間的(de)(de)關(guan)系提供(gong)有(you)力(li)工(gong)具，未來(lai)通(tong)過多根探針的(de)(de)植入，可進一步實現從數千到(dao)上萬個通(tong)道的(de)(de)神(shen)經(jing)記(ji)錄，將對基礎神(shen)經(jing)科(ke)學(xue)(xue)和(he)(he)腦機接口等轉化(hua)神(shen)經(jing)科(ke)學(xue)(xue)研究帶來(lai)變革性影(ying)響(xiang)。
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