Проблема получить качественный сигнал из недр мозга стоит перед современными исследователями остро, и постоянно ищутся новые пути его улучшения. Инженеры компании, выпускающей внутримозговые зонды Neuropixels, тоже на месте не стоят. Они усовершенствовали свой продукт, в четыре раза увеличив количество электродов на тончайших стержнях, которые вводятся в мозг, и при этом уменьшив его размеры. О новинке исследователи рассказали на страницах журнала Science.
Neuropixels
Neuropixels – это зонды, снабженные электродами и предназначенные для регистрации активности сотен нейронов разных областей мозга одновременно в течение длительного времени. Они были разработаны в 2017 году бельгийскими учеными из исследовательского центра Janelia Research Campus, а собраны инженерами IMEC, Исследовательского центра наноэлектроники.
«Нейропиксели» состоят из датчиков, сделанных по технологии комплементарных металл-оксид-полупроводников (CMOS), и узкого сантиметрового стержня, содержащего 1000 электродов – сайтов записывания. В мозг подопытных животных можно одновременно вводить сразу несколько подобных зондов, фиксируя активность необходимых групп нейронов с точностью до одного нейрона.
Neuropixels 2.0 представляет собой еще более миниатюрный зонд с гораздо более высокой плотностью измерения электрической активности нейронов. Причем, он подходит как для острых, так и для долгосрочных экспериментов и сочетается со сложными программными алгоритмами для полностью автоматической стабилизации сигнала. Основная его ценность состоит в том, что он может использоваться у свободно перемещающихся животных и проследить за чрезвычайно большим количеством отдельных нейронов в течение недель, а иногда и месяцев.
Новая версия зонда содержит уже не один, а четыре тончайших стержня с суммарно 5120 участками записи. К одному основанию возможно подключение до двух зондов без потери количества каналов. Причем, их вес составляет всего ~1,1 г. Использование двух четырехстержневых зондов в одном имплантате обеспечивает исследователя 10240 записывающими электродами.
Чтобы добиться стабильного сигнала при такой колоссальной плотности электродов, учитывая движение мозга, разработчики оптимизировали расположение мест записи. Зонд имеет более плотную линейную геометрию и дополнен недавно разработанным вычислительным алгоритмом коррекции движений. Этот алгоритм определяет движение во времени на основе пиковых данных активности нейронов и корректирует его с помощью пространственной повторной выборки.
Обновленные зонды испытывались на 21 животном в шести лабораториях по всему миру. Двадцать из них успешно считывали сигналы клеток в течение всего эксперимента. Суммарно более > 90% информации успешно было записано в течение 2 недель и > 80% — в течение двух месяцев. Пока этот результат никакому из других разрабатываемых подобных устройств повторить не удалось.
Текст: Анна Хоружая
Neuropixels 2.0: A miniaturized high-density probe for stable, long-term brain recordings by Nicholas A. Steinmetz et al. Science 16 Apr 2021:Vol. 372, Issue 6539.
DOI: 10.1126/science.abf4588