传感器在监视大脑神经元中的应用

　　劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）的生物医学工程师与加州大学旧金山分校（UCSF）的研究人员合作，建立了记录大脑活动的传感器网络。它使用高密度的可植入传感器在相对较长的时间跨大脑的多个区域收集实时数据。

　　在至少五个月的时间内，该网络可以通过分布在啮齿动物大脑多个区域的设备连续测量近400个单神经元的活动。研究人员使用UCSF开发的自动峰值分选器得出的结论是，记录足够稳定，可以跟踪一个星期以上的大量单个神经元。该研究源自旨在更好地了解随着时间推移而发生的学习机制的项目。

　　LLNL研究人员Angela Tooker表示：“能够长时间从多个区域进行高保真记录，使您可以研究学习模式以及记忆随时间的变化。” “现在，我们可以看到随着培训，再培训和新刺激每天发生的变化。它开辟了一个全新的领域。”

　　使用劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）设计和开发的柔性多电极阵列，由洛伦·弗兰克（Loren Frank）教授（中心）领导的UCSF研究人员小组能够在至少五个月的时间内连续测量近400个单神经元的神经活动。图为啮齿动物的大脑区域。（由Noah Berger / UCSF提供）

　　加州大学旧金山分校的科学家将聚合物探针植入啮齿动物大脑的四个遥远区域：海马，腹侧纹状体，眶额皮质和内侧额前皮质。记录显示，海马尖波涟漪如何在记忆中发挥作用，还激活了眶额皮层，内侧额前皮层和伏隔核。

　　研究人员说，与以前的技术相比，该网络具有“实质性的进步”。它的主要优点是与大多数高密度硅基设备相比，它在大脑中的寿命更长。大脑中的重要活动不仅发生在一个地方。它发生在许多连接区域。结果，科学家需要了解大脑的不同部分是如何相互作用的，即它们如何相互交谈。

　　多电极传感器是在LLNL制造的，并与由私人神经科学工具制造商SpikeGadgets制造的电气硬件相结合。这些阵列具有生物相容性和灵活性，因此可以安全植入并随大脑移动，从而减少对神经组织的损害。16个探针中的每一个都有64个电极，总共1,024个通道。从理论上讲，每个通道可以记录一个神经元，具体取决于它们在大脑中的位置。

　　LLNL与加利福尼亚大学旧金山分校合作开发，研究人员正在使用LLNL的高密度，灵活的聚合物神经探针，以比以前更长时间的方式记录大脑多个区域的大脑活动。

　　UCSF小组使用称为Mountain Sort的简单算法，至少在一整天内跟踪了2,000多个神经元，并且跟踪了大约21％的神经元一周以上。这种能力将使科学家能够在更长的时间范围内监视变化，从而有可能了解大脑如何处理可能需要数天，数周甚至数月的信息（例如形成，巩固和保留记忆）。

　　该团队现在正在调整数组以在灵长类动物中工作。他们还开发了多模式阵列，增加了电刺激功能，以及光刺激和化学传感技术。他们还希望增加传感器的电极密度，以便可以监视更多的神经元。