超柔性微電極陣列(MEAs)可以在長(zhǎng)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(jī)制和開(kāi)發(fā)下一代腦機(jī)接口提供機(jī)會(huì)。實(shí)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(shí)記錄神經(jīng)活動(dòng)和神經(jīng)調(diào)節(jié)。

2023年5月29日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心方英團(tuán)隊(duì)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(kāi)發(fā)了一種用于長(zhǎng)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(gè)中心目標(biāo)是理解行為背后的協(xié)調(diào)神經(jīng)活動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須同時(shí)記錄大量神經(jīng)元在大范圍時(shí)間尺度(從幾毫秒到幾個(gè)月)內(nèi)的活動(dòng)。細(xì)胞外微電極是單細(xì)胞和單尖峰分辨率記錄神經(jīng)元活動(dòng)的最廣泛應(yīng)用的工具。最近的進(jìn)展，包括神經(jīng)像素探針和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體集成微線陣列，大大增加了每個(gè)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(jī)械不匹配會(huì)導(dǎo)致大腦中電極組織的微運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致信號(hào)在短時(shí)間和長(zhǎng)時(shí)間尺度上漂移。此外，微運(yùn)動(dòng)已被證明會(huì)誘導(dǎo)植入探針周?chē)�的瘢痕和神�?jīng)元細(xì)胞死亡，限制了它們?cè)诨�礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化神經(jīng)科學(xué)中的長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)和慢性組織反應(yīng)。改進(jìn)的超柔性MEAs與神經(jīng)組織之間的接口已被證明能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地記錄神經(jīng)元活動(dòng)，從而為理解神經(jīng)回路機(jī)制和開(kāi)發(fā)下一代腦機(jī)接口開(kāi)辟了新的機(jī)會(huì)。此外，為了確定神經(jīng)回路活動(dòng)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(xì)胞的活動(dòng)。光遺傳學(xué)可以在高時(shí)間分辨率下允許細(xì)胞類型特異性激活或抑制神經(jīng)活動(dòng)。將超柔性MEAs與光遺傳學(xué)工具相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)大腦神經(jīng)活動(dòng)的長(zhǎng)期讀取和細(xì)胞類型特異性控制，從而構(gòu)成神經(jīng)回路分析的強(qiáng)大工具。

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

該研究描述了制備彈性毛細(xì)管自組裝超柔性MEAs的過(guò)程，它們與攜帶視蛋白基因和啟動(dòng)子的腺相關(guān)病毒載體結(jié)合使用，形成光極探針。它們?cè)趪�齒動(dòng)物大腦中的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間(數(shù)周至數(shù)月)的神經(jīng)活動(dòng)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(gè)過(guò)程可以在3周內(nèi)完成。該方案旨在促進(jìn)超柔性MEAs在長(zhǎng)期神經(jīng)元活動(dòng)記錄和電生理學(xué)和光遺傳學(xué)方面的應(yīng)用。

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