Что случилось?
Нейробиологи и клиницисты смогли разработать два протокола для записи активности человеческого мозга с помощью зонда Neuropixels. В результате удалось записать 202 индивидуально идентифицируемых нейрона в коре головного мозга человека с помощью одного единственного зонда.
Технология
Neuropixels открывают новые подходы к исследованию процессов сенсорной обработки, принятия решений, внутреннего состояния и эмоций человека и животных. Neuropixels – это интегрированные кремниевые CMOS-цифровые нейронные зонды, разработанные командами исследователей Медицинского института Говарда Хьюза и IMEC. Они снабжены электродами и предназначены для регистрации активности сотен нейронов разных областей мозга по отдельности и одновременно в течение длительного времени. Зонд состоит из датчиков и узкого стержня длинной в 1 см, содержащего 1000 участков записи, которые дают четкие данные об активности мозга. Находящиеся в разработке Neuropixels 2.0 будут в три раза компактнее и иметь более 5000 участков записи.
Короче… Neuropixels – это миниатюрные зонды, которые регистрируют пульсации сотен нейронов в отдельности и оцифровывают эти сигналы.
А как раньше?
В большинстве случаев для регистрации активности нейронов головного мозга используются микроэлектродные методики или электроэнцефалография. Они позволяют регистрировать активность нескольких отдельных нейронов либо отслеживать изменения суммарной активности тысяч нейронов. В зависимости от задач эти методы могут использоваться в различных комбинациях.
Аналоги
Прямого аналога для Neuropixels нет, поскольку это единственная технология, позволяющая записывать активность большого количества нейронов в отдельности. Ближайшими аналогами по функционалу можно назвать методы SUR (single-unit recording) и MUR (multi-unit recording), которые также используют электроды. Основное отличие метода SUR состоит в том, что он используется для записи активности одиночного нейрона, в свою очередь MUR-метод позволяет отслеживать активность большого количества нейронов, но в общих чертах. Таким образом, Neuropixels сочетает в себе функции обоих методов, но с повышенной точностью.
Кто?
Neuropixels были разработаны группой исследователей Медицинского института Говарда Хьюза под руководством нейробиолога Тима Харриса в сотрудничестве с исследовательским центром наноэлектроники IMEC. Для тестирования и улучшения изобретения группа Харриса объединилась с учеными из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Института исследований мозга Аллена – Джеймсом Джуном, Николасом Стейнмецем, Джошуа Сиглом и другими. Над новой версией Neuropixels 2.0 также работает группа ученых-нейробиологов из Медицинского института Говарда Хьюза.
Источники
- Джеймс Джун, Николас Стейнмец, Джошуа Сигел и др. Полностью интегрированные кремниевые зонды для записи нейронной активности с высокой плотностью, 2017.
- Николас Стейнмец, Кристоф Кох, Кеннет Харрис, Маттео Карандини Проблемы и возможности для крупномасштабной электрофизиологии с использованием нейропиксельных зондов, 2018.
- Николас Стейнмец Neuropixels 2.0: миниатюрный зонд высокой плотности для стабильных долговременных записей мозга, 2021.
Цитата
«Neuropixels использует сочетание малого форм-фактора, высокой плотности размещения и долгосрочной хронической стабильности – ключевых параметров, позволяющих совершать прорывы в нейробиологии».
Барун Дутта (Barun Dutta),
главный научный сотрудник IMEC
+ Нейробиологи получили доступ к технологии, способной генерировать огромное количество данных об активности человеческого мозга, что позволит лучше изучить его устройство и понять принципы функционирования отдельных процессов.
– Новые данные, получаемые в больших количествах, сами по себе станут полезны только после обработки и анализа. В то же время возможность генерировать данные спровоцировала всплеск описательных исследований в области нейробиологии, которые часто представляют собой наборы данных, что распыляет усилия исследователей и несколько тормозит прогресс.
= Человечество получило мощный инструмент для извлечения и сбора данных об активности мозга, однако разработка оптимальных инструментов обработки этих данных все еще предстоит. Технология может принести богатые плоды в будущем, однако новому подходу необходимо достичь зрелости как в методологии, так и в плане осознания прикладной значимости новых возможностей.
Составил Максат Камысов
©«Новый оборонный заказ. Стратегии»
№ 6 (77), 2022 г., Санкт-Петербург
