Neuropixel电极植入系统

Neuropixel电极植入系统
用于体外和体内实验。在体内实验的情况下，动物必须是头部固定的。动物是否被麻醉或清醒并不重要，但它们必须被固定住头部。操作器不能与自由移动的动物一起工作。操作器可以用来在手术中植入电极或硅胶探针，然后用来记录自由活动的动物。

 
 
行为相关的感觉运动处理是由大脑中的大型神经元群进行的。 研究此问题的理想实验将涉及以亚毫秒时间分辨率记录每个神经元的全脑神经活动。 尽管仍然无法实现，但细胞外记录和技术的发展已经使实验产量从几个（单通道金属微电极）扩展到几十个（线四极管），再到几百个（硅探针）同时记录的神经元。 在这里，我们描述了最新的技术改进，称为 Neuropixel Probe技术，它可以将另一个数量级的幅度缩放到数千个模拟记录的神经元。 令人兴奋的实验结果也证明了新技术的力量。
 
Neuropixel Probe
Neuropixel Probe是基于 CMOS 技术的设备，专为啮齿动物实验而设计，每 70 × 20-μm 横截面柄提供 960 个记录站点，其中 384个的任意组合可以同时记录站点。 探针包括集成到 6 x 9 毫米尺寸底座的板载放大、多路复用和数字化，以最大限度地减少信号线的数量，尽管记录站点数量很多,但是 12 × 12-μm 记录点由 TiN6 衬底制成，可提供实现低噪声水平 5.1 ± 0.6 μV（平均值 ± s.d.；带宽 0.3-10 kHz）所需的低阻抗。

 

 

8 个Probe记录
小鼠头固定在一个设置中，三个计算机屏幕以直角放置在它们周围。探针的银线焊接在参考焊盘上并短路到地；这些参考线连接到位于颅骨上的 Ag/AgCl 线。开颅手术和金属丝都用盐水琼脂覆盖。琼脂用硅油覆盖以防止干燥。 8 个探针中的每一个都安装在由电动显微操作器（uMp-4，Sensapex Oy）固定的杆上，然后推进通过琼脂和硬脑膜。电极刺穿硬脑膜后，将它们缓慢推进（约 10 微米/秒）至最终深度（4 或 5 毫米深）。在开始记录前让电极静置大约 15 分钟。使用 SpikeGLX 软件在 LFP 增益 = 250 和 AP 增益 = 500 的外部参考模式下进行录制。老鼠在一个光隔离的外壳中，在此处考虑的录音部分，计算机屏幕是黑色的。

 
实验结果：

为了理解行为和认知，我们需要能够在相关的空间和时间尺度上监测大型神经元群体的活动。 现在可以使用 Neuropixels 探针在多个大脑区域以毫秒时间分辨率记录数百到数千个单个神经元的活动。 我们最近展示了使用八项探针实验同时记录来自清醒小鼠的新皮质、海马、丘脑、基底神经节和中脑的近 3,000 个神经元（Stringer 等人 bioRxiv 2018）。这个项目是由我们的合作者 Carsen Stringer 和 Marius Pachitariu 领导。我们使用这些数据来提问：分布在许多大脑区域的神经元群体如何代表小鼠参与的自发行为？

令人惊讶的是，我们发现跨前脑的神经元编码了有关小鼠正在进行的行为的详细信息。 与其只代表一个全局“唤醒”变量，甚至名义上的感官区域也代表了可以在视频中捕获的自发行为的至少 30 个维度或独特特征的信息。 通过记录大量神经元，我们进一步揭示了群体活动的维度甚至高于代表行为的子空间，因为神经元之间至少共享了 125 个维度的神经元活动。

特点：
1）八个 Neuropixels 探针可用于在清醒小鼠中同时记录多达 3000 个神经元
2）这些记录揭示了复杂的人口活动和广泛的行为表现
3）未来的实验将能够利用这种方法来了解清醒小鼠许多大脑区域中以前无法访问的神经编码方面。