Nejnovější neuropixelsové sondy mohou sledovat neurony po několik týdnů

Sonda Neuropixels 2.0 (dole) je menší než první generace (nahoře) a dokáže sledovat nervovou aktivitu po týdny.

Nové nástroje staví na úspěchu původních sond Neuropixels, které byly představeny v roce 2017 a v současnosti jsou používány ve více než 400 laboratořích. Neuropixels 2.0 jsou mnohem menší – přibližně jen třetina velikosti předchůdce. Byly vyvinuty tak, aby zaznamenávaly elektrickou aktivitu více jednotlivých neuronů a mají jedinečnou schopnost sledovat tuto aktivitu po delší dobu. To je činí obzvlášť užitečnými pro studium dlouhodobých jevů, jako je učení a paměť u malých zvířat, například myší, říká Tim Harris, senior Fellow v Janelia Research Campus Howard Hughes Medical Institute, který projekt vedl. Harris a jeho kolegové popisují pokrok v článku, který byl online zveřejněn 16. dubna v odborném časopise Science.

Pokroky Neuropixels 2.0 jsou založeny na několika klíčových inovacích, vysvětluje Harris. Vědci a inženýři z Janelia vyvinuli nové způsoby zpracování dat. Díky šikovným změnám v uspořádání sond mohly být lépe přizpůsobeny pro určité úkoly. A inženýři z imec, neziskového centra pro nanoelektronický výzkum, které sondy vyrábí, využili vlastní technologii firmy imec k navržení, vývoji a výrobě sondy.

"Tato jedinečná platforma nám umožnila vyvinout malou sondu s vysokou hustotou měřicích bodů a dlouhodobou stabilitou," popisuje Barun Dutta, hlavní vědecký pracovník v imec.

Sledování téže nervové buňky po delší dobu bylo stále výzvou, vysvětluje Harris, protože mozky se při pohybu zvířat mírně pohybují. Každá sonda Neuropixels obsahuje několik měřicích bodů – míst, která zaznamenávají neuronální signály. Nejnovější verze má více těchto bodů a jsou blíže u sebe. Stejně jako při umístění mnoha mikrofonů v přeplněném prostoru zvyšuje změna designu pravděpodobnost, že neuron, který se přesune mimo dosah jednoho snímače, bude stále zachycen sousedním snímačem. Anna Lebedeva, studentka v laboratoři Matteo Carandiniho na University College London, shromáždila data, která tento efekt ukazují. A vedoucí skupiny v Janelia, Marius Pachitariu, vyvinul software pro sledování neuronů.

Zatímco původní sondy Neuropixels měly pouze úzký kovový proužek, který pronikal do mozku, nová verze má čtyři. To znamená, že měřicí místa jsou rozložena na větším území, což umožňuje efektivnější záznam v mnoha důležitých oblastech mozku, zejména v tenkých vrstvách uvnitř mozku.

V experimentech na myších tým zjistil, že s dvěma sondami dokázali zachytit elektrické signály z více než 6 000 různých míst, říká hlavní autor Nick Steinmetz, výzkumník na UCL a University of Washington.

Prototypy nejnovější verze jsou v současnosti testovány neurovědci v laboratořích po celém světě a na základě zkušeností uživatelů jsou optimalizovány a zdokonalovány. Harris a jeho kolegové doufají, že produkt bude někdy v roce 2022 připraven k širokému použití.

Konsorcium Neuropixels 2.0 vede Tim Harris z Janelia Research Campus Howard Hughes Medical Institute a zahrnuje financování od vědců z University College London (UCL), Norwegian University of Science and Technology (NTNU) v Trondheimu, Norsku, Neuroelectronics Research Flanders (NERF) v Leuvenu, Belgie, a Champalimaud Centre for the Unknown v Lisabonu, Portugalsko.

Citace:

Nicholas A. Steinmetz, Cagatay Aydin, Anna Lebedeva, Michael Okun, Marius Pachitariu, Marius Bauza, Maxime Beau, Jai Bhagat, Claudia Böhm, Martijn Broux, Susu Chen, Jennifer Colonell, Richard J. Gardner, Bill Karsh, Fabian Kloosterman, Dimitar Kostadinov, Carolina Mora-Lopez, John O’Callaghan, Junchol Park, Jan Putzeys, Britton Sauerbrei, Rik J. J. van Daal, Abraham Z. Vollan, Shiwei Wang, Marleen Welkenhuysen, Zhiwen Ye, Joshua Dudman, Barundeb Dutta, Adam W. Hantman, Kenneth D. Harris, Albert K. Lee, Edvard I. Moser, John O’Keefe, Alfonso Renart, Karel Svoboda, Michael Häusser, Sebastian Haesler, Matteo Carandini, a Timothy D. Harris. „Neuropixels 2.0: Miniaturizovaná vysokodensitní sonda pro stabilní, dlouhodobé záznamy z mozku.“ Science, online publikováno 16. dubna 2021. Doi: 10.1126/science.eabf4588.