高分辨率探头可能有助于解开脑功能和神经系统疾病的秘密

脑细胞如何相互沟通基本上仍隐藏在迷雾之中,但一个探测器,以前所未有的清晰和精确记录神经元的信号可能有助于解开那些秘密,据一项研究在马萨诸塞州总医院(MGH)和他的同事们在其他机构。这些发现,报道自然神经科学可以奠定基础,更好的理解大脑是如何工作的,神经系统疾病的起源等等。

数字技术公司2017年在比利时称为IMEC,与霍华德•休斯医学研究所(包括Janelia研究校园),介绍了Neuropixels探头,一个工具来记录大脑细胞的活动,或神经元。“Neuropixels设备已经彻底改变了神经科学领域,“说,神经学家和生理学安吉丽珀克博士,MGH脑科学和神经恢复中心的研究员、该研究的第一作者。

早些时候技术记录神经元的活动通常依赖于相对较大的电极插入到大脑。“他们可以从成千上万的样本的活动大脑细胞,但能产生一个模糊的观点,”珀克说。她切换到一个音频类比来描述的质量记录由老设备:想象站在中间的一个足球场,听群众咆哮。相比之下,Neuropixels探测器要小得多,但比决议。“相反,就像你能够记录数百个人声音,每个都有自己的麦克风,”珀克说。

原始Neuropixels调查,然而,作为一个设计研究工具用于小型实验室动物如啮齿动物。神经科学家立即表示有兴趣一个工具,可以用来学习人类的大脑,这需要一些修改。例如,原始Neuropixels探针太脆弱的用于大型人类大脑,所以它必须使厚。珀克还说,调查仅仅是关于三毛的宽度。

的目标自然神经科学报告使用修改后的开发技术Neuropixels探测器记录大脑活动人类患者接受神经外科手术室。9个病人将已经神经外科治疗几种不同条件同意允许MGH神经外科医生在程序来记录他们的大脑活动。

团队,其中包括癫痫专家悉尼现金,医学博士,博士和神经外科医生齐夫威廉姆斯,医学博士,MGH,使用Neuropixels探针在人类经历了挑战,六试图记录大脑活动没有成功。然而,他们能够成功地记录大脑活动在三个病人,一个接受癫痫治疗的,而其他两个接受植入提供深部脑刺激治疗运动障碍。在后者的一个病人,团队记录了202个神经元的活动。

为什么它是重要的记录单个神经元的行为?“多亏了新的高分辨率的工具,我们发现不同的细胞做非常有趣的事情,”珀克说。例如,兴奋性神经元生成信号,而抑制性神经元减缓或阻止他们。小探针已经可以记录一个或两个神经元的活动,“但这就意味着你不是捕获细胞类型的多样性,”珀克说。“能够样本200个细胞同时告诉我们如何细胞相互交谈。正是这种特殊的相互作用,可以让我们的大脑回路工作。”

解码神经元之间的通信的援助Neuropixels探针和其他工具可能导致新披露的有关神经疾病如癫痫以及肿瘤细胞侵入邻近的细胞大脑珀克说,以及援助的开发者工具,允许残疾人使用他们的大脑来控制电脑和机器人设备,让他们独立生活。最终,这种新技术可以提供宝贵的见解关于认知的本质,如我们如何形成的思想和感知周围的世界。

珀克是哈佛大学医学院的神经病学的教练(HMS)。现金是一种神经学副教授HMS和现金实验室主任MGH脑科学和神经恢复中心。威廉姆斯的神经外科副教授HMS和指导威廉姆斯实验室HMS神经系统维修中心。