新的硅探测器记录同时数以百计的神经元的活动
神经科学家想要跟随神经系统的细胞对话将很快获得易于使用的技术,同时监测神经活动在大脑内数百种不同的网站,由于主要工程工作由霍华德休斯医学研究所(霍华德·休斯医学研究所),艾伦脑科学研究所,盖茨比慈善基金会,威康。新探测器预计将使科学家们更清楚地了解大脑的不同部分是如何一起工作来处理信息。
550万美元的合作由霍华德·休斯医学研究所的研究员Janelia研究校园Janelia科学家艾伦研究所和伦敦大学学院(赠款资金从盖茨比和威康)曾在过去四年在imec的工程师,一个国际纳电子学研究中心在鲁汶,比利时、构建和测试强大的新设备用于检测在活的动物的大脑神经活动。设备被称为Neuropixels探针,将数以百计的记录电极在大跨度的啮齿动物的大脑,所以,研究人员可以收集更多有意义的数据比其他技术目前允许在一个单一的实验。Neuropixels探测器预计将在2018年年中供研究实验室购买。发表的一篇文章中描述的新探针在11月9日,2017年自然。
从数据的一些亮点自然论文:
- 这是第一次报告的(10毫米),密度(100网站/毫米)植入式神经记录装置
- 每个探测,科学家们看到数以百计的单一神经元信号跟踪解决
- 探测器可以同时记录多个脑区
- 研究人员记录了来自超过700个神经元使用两个Neuropixels调查
- 探测器获得高神经元计数和优秀的信噪比性能无特殊技术要求
有近1000电传感器定位探针比人的头发细但足够长的时间来访问许多地区啮齿动物的大脑同时,新技术可以大大加速神经科学研究,蒂莫西·哈里斯说,领袖Janelia高级研究员Neuropixels协作。“你可以检测活动的大量的从多个脑区神经元与更高的保真度和更少的困难,”他说。
科学家从财团将收集的数据使用原型Neuropixels探针的神经科学学会的年会上在华盛顿特区,2017年11月11日- 15日。他们的研究结果表明,探测器和数据分析的新方法,可用于跟踪成百上千的单个细胞的活动在不同的大脑区域。目前有超过400的原型Neuropixels探针在检测研究中心在世界范围内,包括20个实验室隶属于盖茨比和威康Sainsbury康中心等8个霍华德·休斯医学研究所的实验室和被用于大规模艾伦研究所的研究人员。
艾伦脑科学研究所”,我们的一个主要目标是破译再代码使用的大脑,“创造者科赫说,总裁兼首席科学家艾伦脑科学研究所。“Neuropixels探针代表测量技术的一个重要的飞跃,将允许的最精确的了解大联盟协调神经细胞产生的行为和认知。”
“我们需要做的是神经科学家了解大量的神经元遍布大脑一起工作,”神经马特奥Carandini表示。Carandini和他的同事肯尼斯·哈里斯运行一个实验室在伦敦大学学院(UCL)的团队曾与原型Neuropixels探针,并帮助指导他们的发展。Carandini说,直到最近,可以测量单个神经元的活动在大脑中一个特定的点或揭示更大区域的活动但是模式不同时。“只要你把它们,你可以研究大脑的不同部分如何在神经层面合作。这是一个改变游戏规则,”他说。
Janelia组长阿尔伯特·李,他的团队也一直在使用Neuropixels原型和发展提供反馈,说从许多不同的大脑区域收集数据的能力同时也会减少实验所需收集的宏观视图发生时大脑的动物执行某一特定任务。单个实验现在可以替换的一系列实验中每一个都以不同的大脑区域,他说。
Neuropixels探针类似于电生理学探针检测细胞外神经科学家已经使用了几十年的生活的大脑电活动凭借他们合并两个关键的进步。新的探测器是只要一只老鼠大脑,他们通过和收集数据从许多不同的大脑区域在同一时间。和记录电极密集的长度,方便研究人员指出大脑活动的细胞来源。最后,每个新探测器集成了一个近乎完整的记录系统,减少硬件规模、成本和消除数以百计的输出线。
约翰·奥基夫Sainsbury康中心的伦敦大学学院和首席首席研究员威康和盖茨比慈善基金会资助表示,他希望英国从一开始就参与这个项目。“我很清楚,如果这些探测器工作他们将我们与单个神经细胞活动和行为的能力提高到一个新的水平,“奥基夫说。”,他们会特别有用的皮质与空间记忆海马和内嗅皮层等。”
Neuropixels项目启动于2013年,一个雄心勃勃的目标,极大地推进技术可用于检测大脑的电活动。虽然有些实验室确实有能力记录神经元活动的同时,这些实验是昂贵的和技术上的困难,和电生理学探针用于研究人员大部分时间有16 - 64传感器、限制用户可以监控细胞的数量在一个实验。
哈里斯和他的同事们决定在很大程度上推动事情的发展。“Janelia是一个地方,人们愿意把信封上你能做什么,”哈里斯说。而不是如何挤几上现有的传感器探针,Janelia科学家们开始谈论设计新一代的探测器,可以从几百家神经网站记录一次,然后制造足够的供应神经科学社区在一个负担得起的成本。
哈里斯与半导体咨询工程师告诉他这个想法是可行的。但从一开始就很明显,开发成本会很高。捏造数以百计的电极,并把它们安置在设备上纤细的足以被插入到一个活生生的动物的大脑仅仅是学术能力之外的设施,哈里斯说。“新的调查,我们不是在技术的最前沿,但我们是远远超出了可用制造功能研究实验室,”他解释说。探针Janelia的神经科学家想要必须由专业的半导体工程师使用最先进的设备。
项目风险可能会看一个典型的政府授予机构,哈里斯说。“我们需要500万美元来做一件事,”他说。因此他呼吁其他来源。识别一个机会加快神经科学研究,日前,艾伦研究所,盖茨比慈善基金会,Wellcome同意基金努力。
Imec,最先进的硅微电路,制造商同意设计和制造设备。非营利研究中心项目需要的专业知识和设施,但通常不会工业规模生产的产品。“他们在制造和设计是伟大的事情,他们愿意考虑项目输出体积小,”哈里斯说。
“Imec的模拟电路设计的专业知识,深硅腐蚀,生物相容性的电极制造和专有的SOI CMOS过程让我们为数不多的全球研究开发机构,能够制造这样的探测器,“Barundeb Dutta表示在Imec首席科学家。“探测器设计和制作的方式,以及它如何已经转化神经科学,指出相关性和承诺的一种新的模式私人研究与深度的专业知识基础,基金突破工具的设计和制造,从而推动基础研究”。
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