这根探针，再次问鼎Science！
奇物论
2021-04-29
Neuropixels是第一款完全集成的硅CMOS数字神经探针，将一流的性能与无与伦比的成本效益和可靠性相结合，可用于小型动物的下一代体内神经科学研究。这些工具已导致发现有关大脑范围的知觉和动作的相关信息。2017年已在Nature上进行了相关报道。但是呢，测量跨时间尺度的神经处理动力学需要在几毫秒和几个月的时间内跟踪成千上万的单个神经元。而且，最好是在行为不受限制的情况下以及在小动物（例如小鼠）中进行记录。鉴于此，美国霍华德·休斯医学院的Timothy D. Harris等人推出了Neuropixels的改进版，即Neuropixels 2.0的小型探头，其在4个柄上分布有5120个记录位点。探头和头架被小型化到Neuropixels 1.0的三分之一，因此两个探头和它们的单个头架仅重约1.1 g，而不会损失通道数（每通道384个通道）。成果发表在Science上。研究人员将Neuropixels 2.0探针与新设计的分析算法一起推出。使用2个四柄探针在一个植入物中提供10240个记录位置。为了在大脑运动时候也能实现稳定的记录，研究人员优化了记录地点的安排。探测器具有更密集的线性化几何结构，允许使用新设计的算法进行事后计算运动校正。该算法在kilosort2.5软件包中实现，根据峰值数据确定随时间的运动，并通过空间重采样进行校正，如在图像配准中。图|Neuropixels 2.0探头可实现前所未有的记录为了验证这些探针的长期记录，我们将它们长期植入六个实验室的21只大鼠和小鼠中。这21个植入物中的20个成功植入了数周和数月的神经元，并保持了良好的信号质量。使用新设计的植入物固定装置设计可以可靠地回收探针。为了测试运动校正算法的性能，研究人员使用已知的探针相对于大脑的强行运动进行了记录。该算法提高了稳定神经元的产量，并在很大程度上消除了运动对记录的影响。这种算法的一个版本允许在数天内稳定地记录神经元。改进的部位密度和排列方式与新创建的数据处理方法相结合，可以对大脑运动进行自动事后校正，从而可以记录来自相同神经元的两个多月。跟踪神经元在2周时间内的成功率>90%，在2个月时间内的成功率>80%。
图|使用Neuropixels 2.0探针进行的长期记录可保持> 8周图|Neuropixels 2.0探头允许两倍记录通道数量的位置进行记录这项工作演示了一套电生理工具，包括一个微型的高密度探针，可恢复的慢性植入物固定装置以及用于自动事后运动校正的算法。这些工具使可以在小动物（例如小鼠）中记录的位点数量增加了一个数量级，并能够长期稳定地从中记录这些位点。Nicholas A. Steinmetz, et al. Neuropixels 2.0: A miniaturized high-density probe for stable, long-term brain recordings. Science, 2021.DOI：10.1126/science.abf4588https://science.sciencemag.org/content/372/6539/eabf4588
