Новое поколение миниатюрных записывающих зондов может отслеживать одни и те же нейроны внутри крошечного мозга мыши в течение недель и даже месяцев.
Новые инструменты основаны на успехе оригинальных датчиков Neuropixels, выпущенных в 2017 году и в настоящее время используемых в более чем 400 лабораториях. Neuropixels 2.0 намного меньше — примерно на треть меньше своих предшественников. Они предназначены для регистрации электрической активности большего количества отдельных нейронов и обладают уникальной способностью отслеживать эту активность в течение длительных периодов времени. Это делает их особенно полезными для изучения долгосрочных явлений, таких как обучение и память, у мелких животных, таких как мыши, говорит Тим Харрис, старший научный сотрудник исследовательского кампуса Janelia HHMI, который руководил проектом. Харрис и его коллеги описывают прогресс в статье, опубликованной 15 апреля в журнале Science .
По словам Харриса, достижения Neuropixels 2.0 основаны на нескольких ключевых нововведениях. Ученые и инженеры Janelia разработали новые способы обработки данных. Стратегические изменения в компоновке зондов помогли сделать их более приспособленными для определенных задач. А инженеры imec, некоммерческого центра наноэлектроники, который производит датчики, использовали запатентованную технологию imec для проектирования, разработки и изготовления датчика .
«Эта уникальная платформа позволила нам разработать небольшой зонд с высокой плотностью места записи и долговременной стабильностью», — отмечает Барун Датта, главный научный сотрудник imec.
По словам Харриса, отслеживание одного и того же нейрона с течением времени было постоянной проблемой, потому что мозг немного двигается, когда животные двигаются. Каждый зонд Neuropixels содержит несколько участков записи — точек, которые улавливают нейронные сигналы. В последней версии таких сайтов больше, и они расположены ближе друг к другу. Подобно размещению множества микрофонов в переполненной комнате, изменение конструкции повышает вероятность того, что, если нейрон покачивается вне досягаемости одного места записи, его все равно улавливает соседний. Анна Лебедева, студентка лаборатории Маттео Карандини в Университетском колледже Лондона, собрала данные, показывающие этот эффект. А руководитель группы Janelia Мариус Пачитариу разработал программное обеспечение для отслеживания нейронов.
В то время как оригинальные датчики Neuropixels имеют только одну узкую металлическую деталь, которая входит в мозг, в новой версии их четыре. Это означает, что места записи распределены по более широкой области, что позволяет более эффективно выполнять запись во многих важных областях мозга, особенно в тонких слоях мозга .