Чтобы изучить человеческий мозг и лучше понять его функции, нейробиологи до сих пор использовали различные методы для регистрации электрической активности клеток мозга. Традиционно эти методы позволяли либо регистрировать активность нескольких отдельных нейронов одновременно, либо отслеживать изменения суммарной активности тысяч нейронов с течением времени. Однако, если исследователи хотели взять образцы из большой популяции клеток в одной области одновременно, им приходилось использовать два или более разных метода.

В 2017 году группа под руководством Тима Харриса из исследовательского кампуса HHMI Janelia представила идею нейропикселей — новаторской технологии, которая может одновременно регистрировать нейронную активность от сотен до тысяч отдельных нейронов и текущие изменения в фокальных областях мозга. Эта мощная технология, которая впоследствии была разработана и изготовлена ​​IMEC, в настоящее время приносит огромные инновации в области нейробиологии.

Исследователи из Массачусетской больницы общего профиля, Гарвардской медицинской школы и других медицинских институтов США недавно провели исследование, направленное на изучение и потенциальное преодоление некоторых проблем, которые могут помешать широкомасштабному внедрению нейропикселей в клинических условиях . В их статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience , представлены новые протоколы и методы, которые могут использоваться врачами и нейробиологами для записи более 200 хорошо изолированных одиночных корковых единиц в фокальной области у людей, подвергающихся нейрохирургическим процедурам.

«Технология Neuropixels обеспечивает мощное динамическое «видео» с высоким разрешением текущей электрической динамики нейронной активности, к которому у нас раньше не было доступа», — сказала Medical Xpress Анжелика Полк, одна из исследователей, проводивших исследование. «Целью нашего исследования было подробное описание технических препятствий, связанных с внедрением этого устройства в операционную для записи нейронной активности в неповрежденном человеческом мозгу с помощью зонда Neuropixels».

В дополнение к выявлению некоторых технических трудностей, препятствующих использованию нейропикселей в операционных, Полк и ее коллеги хотели разработать план, которому могли бы следовать как клиницисты, так и исследователи в области неврологии, чтобы преодолеть эти трудности. Таким образом, методы и протоколы, описанные в их статье, также были опубликованы в DRYAD, известном общедоступном репозитории для преподавателей и исследователей.

В команду, проводившую исследование, входили как практикующие клиницисты, так и нейробиологи. В сотрудничестве исследователи смогли разработать два протокола для записи активности в человеческом мозгу с помощью зонда Neuropixels. Затем они протестировали эти протоколы на давших согласие пациентах, которые подвергались нейрохирургическим процедурам.

«Внедрение и использование датчика Neuropixels в операционной потребовало, чтобы мы использовали недавно разработанный более толстый датчик, произведенный IMEC (компания, которая производит Neuropixels), чтобы мы установили утвержденные каналы стерилизации и поддерживали методы стерильного обращения, а также чтобы мы преодолели в условиях сильного электрического шума в операционной за счет тщательной проверки устройств», — объяснил Полк. «После информированного согласия участников мы обнаружили, что результат был невероятным: в одном случае мы смогли записать 202 индивидуально идентифицируемых нейрона в коре головного мозга человека с помощью одного датчика Neuropixels».

Результаты, которых Полк и ее коллеги достигли, следуя своим протоколам, очень многообещающие, поскольку другие существующие технологии для сбора записей отдельных клеток с использованием микроэлектродов позволяют исследователям регистрировать только до 100 клеток одновременно, используя 96 электродов и регистрируя активность при значительно более низком уровне активности. Пространственное разрешение. Это примерно половина клеток, которые они записали с помощью нейропикселей.

«Мы надеемся, что наша прозрачная статья, включающая извлеченные уроки, проложит путь к захватывающей новой эре понимания познания, фундаментальной неврологии человеческого мозга и нейропсихиатрических патологий для улучшения практики клинической помощи», — сказал Полк. «Основная проблема в нейробиологии человека заключается в том, что у нас не всегда есть механистическая информация о том, какие клетки мозга способствуют различным функциям или патологиям. Нейропиксели предлагают способ индивидуальной идентификации клеток и их подтипов с помощью выборки с высоким разрешением, к которой у нас просто не было доступа в прошлом».

В будущем новые протоколы, представленные Полк и ее коллегами, могут облегчить использование технологии нейропикселей в клинических условиях, позволяя собирать более подробные и надежные нейронные записи. Кроме того, исследователи надеются, что их работа вдохновит на новые инициативы в области открытой науки и открытых данных, направленные на дальнейшее развитие нашего нынешнего понимания мозга.