Prob registra de manera confiable la actividad de las grandes neuronas de población en el cerebro de los primates no humanos

Para mapear sus diversas funciones con el cerebro de mamíferos y la creciente precisión, los neurocientíficos dependen de técnicas de imagen de alta resolución y otros equipos experimentales avanzados. Estos incluyen la sonda de silicona de alta concentración, los dispositivos similares a la aguja integran una serie de electrodos que se pueden seleccionar en el tejido cerebral para recoger cambios de voltaje relacionados con el disparo de la neurona.

Estos dispositivos todavía se usan para monitorear y estudiar neuronas en el cerebro de la rata en la mayoría de los casos. Sin embargo, fueron menos efectivos al estudiar el cerebro de los primates no humanos (NHP), que es más similar al cerebro humano.

Investigadores del Centro Médico de la Universidad y la Universidad de Columbia demostraron recientemente la posibilidad de Neuropixel 4.1 NHP, que es más escéptico. Investigación Desarrollando por IMEC, para recolectar la grabación neuronal de alta resolución y de alta resolución en MACAC y otros NHP.

Se creó un artículo como resultado de su proyecto. Publicado En NeurocienciaEl

“Nuestro artículo se inspiró en una necesidad fundamental de que la comunidad de neurociencia supere las restricciones a la tecnología de registro neural existente existente en NHP”, dijo el primer autor del documento a Eric M Trutman Medical Express.

“La sonda original de Neuropixel 4.1, aunque el convertidor para modelos de rata, tiene una funcionalidad limitada debido a su longitud de 10 mm, que limitó el acceso a los objetivos cerebrales excesivos e insertó una dura de primates delgada (24 mm) a través del arreglo aromático aromático aromático y aromático aromático y la superficie.

Truutman y sus colegas estaban buscando una investigación que les permitiera registrar actividades neuronales de manera adecuada y confiable en el cerebro de NHP y otros animales grandes. Querían que este dispositivo registrara las actividades de la gran población de la neurona con una sola neurona y una resolución de un solo pico, o en otras palabras, desconecte la actividad de las neuronas individuales e identifique las posibilidades de los verbos individuales.

“El nuevo electrodo de grabación desarrollado por IMEC se forma como una parte exclusiva de 54 mm de largo de Silicon, que integra la electrónica de vástago y base”, explicó.

“El neuropíxel original en la investigación se presenta significativamente largo, ancho y denso que la sonda de 1.0 sonda (45 mm de largo, 125 mm de ancho y 90 mm de espesor)”

Las investigaciones de los autores se distribuyen a lo largo de la longitud total de 45 mm de 45 mm del sitio de grabación (es decir, píxel) y se dividen en 11.5 “bancos” de cada 384 canales. Significativamente, los examinadores pueden seleccionar uno de estos “bancos” para recopilar la grabación simultáneamente en 384 sitios a través de un interruptor ubicado en cada sitio.

“La investigación utiliza los mismos canales Reedout de baja palabra, incluida la resolución de 10 bits en la plataforma CMOS, en la plataforma CMOS, en el Nuropixel 4.1, como un neuropíxel 4.1.

“La punta del shang es mecánicamente el suelo a una esquina de bisel de 25 ° de la aeronave adyacente, para facilitar la inserción y reducir el daño al tejido con ambos ejes para reducir el daño al tejido”.

El nuevo dispositivo de neuropíxel proporciona un acceso más profundo a los neurocientíficos en las estructuras en todo el cerebro de animales grandes, a los que no se puede acceder mediante una sonda corta de alta densidad. Además, su espesor de 90 mm y temblores fuertes permiten que el cerebro prometero y la médula espinal ingresen a las cubiertas de las cubiertas en una membrana fuerte.

“Nuestros métodos de nuestro enfoque son la calificabilidad y el cálculo de los canales altos o, en otras palabras, la capacidad de seleccionar 384 canales de más de 4,400 sitios y recopilar la grabación simultánea de miles de neuronas”, dice Trutman.

“Esta característica permite que el examen del examinador declare el proceso de exclusión de la sonda del examinador, facilitando la encuesta de actividad neuronal con la duración de toda la investigación sin actividad física”.

Dado que la investigación recientemente desarrollada es más grande que la retícula individual (p. Ej. Además de investigar múltiples pasos, se ha incluido una estrategia de “costura” en las características, así como en los niveles de compensación de presión que evitan que la gire.

“Los cables metálicos internos eran anchos y la brecha para reducir el ruido térmico y la cruz”, explicó Trutman. “Otra ventaja de nuestra investigación es su alta resolución espacial la

En comparación con la tecnología existente, la sonda Nuropixel 1.0 NHP también es más costosa. Puede reducir drásticamente el costo asociado con las neuronas, el costo total del sistema es de entre $ 7,000 y $ 15,000.

“Hemos mostrado la posibilidad de investigación a través de cuatro ejemplos de MACAC al probar cuatro ejemplos de MACAC, lo que aumenta varias preguntas de neurociencia”, dijo Torman.

“Hemos mostrado encuestas a gran escala de compañías retinotópicas en múltiples regiones corticales visuales extremas, registra simultáneamente miles de neuronas e ilustran el cambio bien en forma de campos aceptables a través de la profundidad cortical.

“También hemos recolectado un registro estable a gran escala durante el comportamiento motor en las estructuras superficiales y profundas (por ejemplo, la corteza motora primaria, la corteza primotor, el Globus palyidus interno, la zona motora complementaria), capturan varios patrones temporales y el pronóstico de bolas avanzadas con más neuronas”.

Al utilizar la nueva investigación, los investigadores también pueden registrar operaciones en una región del cerebro de NHP que generalmente es difícil de acceder (por ejemplo, parches de la cara de la corteza inferotamporal profunda), todo cuando el animal estaba mirando imágenes faciales. Durante una sola sesión de recopilación de datos, pudieron detectar varios cientos de neuronas que se demostró que contribuyen al reconocimiento de la cara, que se tomaron varios años antes.

“También hemos mostrado la utilidad de la investigación para estudiar las conexiones de toma de decisiones con las conexiones de toma de decisiones, que muestra cómo los labios y las neuronas de caliculas superiores (SC) muestran evidencia de la rastreo de la población y solo analizando la prueba única de alta calidad”, dijo Trutman.

“La alta densidad ayuda a medir las relaciones mutuas de pico de espiga entre las neuronas, lo que permite la mape de la conexión sináptica o el índice de la entrada, el lamini cortical y las conexiones puttívicas entre los territorios”.

Este estudio reciente pronto puede abrir nuevas posibilidades valiosas para la investigación de neurociencia involucradas en animales grandes. Al superar varios desafíos de ingeniería amplios, se ha demostrado que la nueva investigación desarrollada en el IMEC registra neuronas de manera confiable en todo el cerebro del primado humano.

“Hemos mostrado con éxito los importantes desafíos de ingeniería en la sonda crónica de silicio a la sonda crónica de silicona, que a través de costuras y diseño de energía mecánica y flexibilidad (nivel de compensación de estrés) para un puntaje largo, ha superado las formas minoristas fotolitográficas estándar”, dijo Trutman.

“Esta tecnología permite nuevas categorías de pruebas que anteriormente se consideraban irrazonables o imposibles. En la resolución de una sola neurona y de un solo pico incluye detalles de las regiones del cerebro, las células para medir las relaciones con pico de espiga y operar la puntuación de sangre cerebral”.

En el futuro, la sonda NEubopixel 1.0 NHP puede implementarse en otros laboratorios en todo el mundo, actualmente relacionados con su estudio cerebral mediante esfuerzos reducidos, recursos y gastos AnimalotePuede habilitar pruebas de neurociencia más avanzadas y complejas que involucran NHP, lo que puede conducir a nuevos descubrimientos emocionantes.

“Nuestra investigación ayuda a un mapeo más extenso y neutral de las actividades neuronales a través de múltiples zonas y profundidades cerebrales, que son necesarias para comprender la acción integrada de la gran población neuronal involucrada en actividades sensibles, motoras y cognitivas”, Torma.

“También puede hacer un análisis de una sola prueba de investigadores Actividad neuronal En alta resolución, que se critica especialmente por estudiar funciones cognitivas, donde los procesos cerebrales pueden ser diferentes en la tarea repetir “”

Si los circuitos neuronales se utilizan para mapear, la sonda Nuropixel 1.0 NHP pronto puede ayudar a comprender cómo los circuitos fisiológicos realizan recuentos específicos en el cerebro de mayores mamíferos. Aunque la versión actual del dispositivo es inicialmente favorable para realizar grabaciones agudas, el IMEC está trabajando actualmente para mejorar sus capacidades.

“Como parte de nuestro próximo estudio, estamos planeando desarrollar el nuevo hardware y probar semicrónicos (varios días o semanas)”, agregó Trutman.

“Requerirá un nuevo diseño de implantes y actualmente es una capacidad sin precedentes con el método de inserción y el hardware apropiados. Además, estamos trabajando para desarrollar sondas con microestimulación intracortical (ICMS), lo que aún no es posible.

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