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技術(shù)文章

【Brainsight客戶文章】北京大學段小潔課題組實現(xiàn)獼猴全腦神經(jīng)活動監(jiān)測

技術(shù)文章

近日,北京大學段小潔團隊在《Nature Neuroscience》上發(fā)表了一篇題為“A high-density 1,024-channel probe for brain-wide recordings in non-human primates"的研究論文,展示了一種高密度、1024通道神經(jīng)探針——Neuroscroll探針。該探針由格羅貝爾生物公司代理的 BrainSight® Vet Robot 智能動物手術(shù)機器人規(guī)劃手術(shù)路徑,成功實現(xiàn)了非人靈長類動物整腦尺度神經(jīng)活動的監(jiān)測。這項工作的第一作者為北京大學博士后劉楊、博士生賈薈琳和特聘副研究員孫洪吉,通訊作者為北京大學研究員段小潔。


【Brainsight客戶文章】北京大學段小潔課題組實現(xiàn)獼猴全腦神經(jīng)活動監(jiān)測

Neuroscroll探針:突破性的高密度神經(jīng)記錄

Neuroscroll探針:突破性的高密度神經(jīng)記錄

【Brainsight客戶文章】北京大學段小潔課題組實現(xiàn)獼猴全腦神經(jīng)活動監(jiān)測

Neuroscroll探針的設(shè)計結(jié)合了高密度通道和靈活的記錄位點分布,使其能夠覆蓋非人靈長類動物的大腦尺度。探針長度可根據(jù)需求調(diào)節(jié),從10 mm到90 mm不等,具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和重復彎曲后的完整性。這使得Neuroscroll探針在多腦區(qū)神經(jīng)活動的同步監(jiān)測中展現(xiàn)了出色的性能。這種探針在大鼠上可實現(xiàn)長達兩年的穩(wěn)定記錄,并在獼猴大腦中實現(xiàn)了從腦表面皮層至顱底全深度覆蓋的超700個單神經(jīng)元活動的同時監(jiān)測。


靈長類動物中的手術(shù)與記錄

靈長類動物中的手術(shù)與記錄

【Brainsight客戶文章】北京大學段小潔課題組實現(xiàn)獼猴全腦神經(jīng)活動監(jiān)測

在實驗中,團隊使用BrainSight® Vet Robot 智能動物手術(shù)機器人,通過預先規(guī)劃的手術(shù)路徑,成功地將Neuroscroll探針植入非人靈長類動物的大腦中。手術(shù)前,團隊先使用MRI和CT掃描進行圖像配準,以確保探針的精準定位。隨后,在手術(shù)機器人的輔助下,探針沿預定的解剖路徑以微米級精度插入目標腦區(qū)。


手術(shù)過程中,實驗對象被固定在手術(shù)機器人的立體定位裝置上,通過紅色激光掃描確定手術(shù)場景與圖像之間的3D坐標系統(tǒng)。隨后,團隊使用手術(shù)機器人精確控制探針的插入深度和方向,確保每根探針都準確地到達預定位置。


探針植入后,立即開始電生理記錄。使用1024通道的Intan記錄系統(tǒng)進行記錄,捕捉到大量單神經(jīng)元的活動數(shù)據(jù)。為了驗證探針的位置,手術(shù)后還進行了CT和MRI掃描。


【Brainsight客戶文章】北京大學段小潔課題組實現(xiàn)獼猴全腦神經(jīng)活動監(jiān)測

團隊進行了固視-掃視任務(wù),猴子需要在屏幕上完成一系列視覺任務(wù),同時記錄其大腦活動。這些數(shù)據(jù)對于理解大腦的感覺、運動和認知功能具有重要意義。


智能手術(shù)機器人的作用

BrainSight® Vet Robot 智能動物手術(shù)機器人在這個工作中起到了重要作用。通過手術(shù)機器人精確的手術(shù)路徑規(guī)劃和定位,確保了Neuroscroll探針的成功植入,提高了手術(shù)的安全性和數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量,使探針能夠準確地到達目標腦區(qū),避免了傳統(tǒng)手術(shù)中可能出現(xiàn)的誤差和損傷。

【Brainsight客戶文章】北京大學段小潔課題組實現(xiàn)獼猴全腦神經(jīng)活動監(jiān)測

這項研究展示了Neuroscroll探針和BrainSight® Vet Robot 智能動物手術(shù)機器人在神經(jīng)科學研究中的巨大潛力。通過在非人靈長類動物中實現(xiàn)高時空分辨率、全腦范圍的神經(jīng)活動記錄,研究人員能夠更深入地理解大腦的復雜功能和神經(jīng)機制。這不僅有助于基礎(chǔ)神經(jīng)科學研究,還可能推動在疾病治療和腦機接口等領(lǐng)域的應(yīng)用。


相關(guān)論文信息:

doi.org/10.1038/s41593-024-01692-6





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