Las sondas Neuropixels más recientes pueden monitorear neuronas durante varias semanas

La sonda Neuropixels 2.0 (abajo) es más pequeña que la primera generación (arriba) y puede monitorear la actividad neuronal durante semanas.

Las nuevas herramientas se basan en el éxito de las sondas Neuropixels originales, presentadas en 2017 y que actualmente se utilizan en más de 400 laboratorios. Neuropixels 2.0 son mucho más pequeñas, aproximadamente solo un tercio del tamaño de su predecesor. Fueron desarrolladas para registrar la actividad eléctrica de más neuronas individuales y tienen la capacidad única de seguir esa actividad durante períodos prolongados. Esto las hace especialmente útiles para el estudio de fenómenos a largo plazo como el aprendizaje y la memoria en animales pequeños como ratones, según Tim Harris, un investigador principal en el Campus de Investigación Janelia del HHMI, quien dirigió el proyecto. Harris y sus colegas describen los avances en un artículo que fue publicado en línea el 16 de abril en la revista Science.

Los avances de Neuropixels 2.0 se basan en varias innovaciones clave, explica Harris. Los científicos e ingenieros de Janelia desarrollaron nuevas formas de procesar los datos. Mediante cambios ingeniosos en el diseño de las sondas, estas pudieron ser mejor adaptadas para tareas específicas. Y los ingenieros de imec, el centro de investigación en nanoelectrónica sin fines de lucro que fabrica las sondas, utilizaron la tecnología propia de imec para diseñar, desarrollar y fabricar la sonda.

"Esta plataforma única nos permitió desarrollar una sonda pequeña con alta densidad de puntos de medición y estabilidad a largo plazo", describe Barun Dutta, Científico Jefe en imec.

Seguir la misma neurona durante un período prolongado ha sido un desafío constante, explica Harris, ya que los cerebros se mueven un poco cuando los animales se desplazan. Cada sonda Neuropixels contiene varios puntos de medición, que registran señales neuronales. La versión más reciente tiene más de estos puntos y están dispuestos más cerca unos de otros. Como en la colocación de muchos micrófonos en una sala abarrotada, este cambio de diseño aumenta la probabilidad de que una neurona que se mueva fuera del alcance de un punto de grabación aún sea captada por uno cercano. Anna Lebedeva, una estudiante en el laboratorio de Matteo Carandini en University College London, recopiló datos que muestran este efecto. Y el líder del grupo en Janelia, Marius Pachitariu, desarrolló un software para rastrear las neuronas.

Mientras que las sondas Neuropixels originales solo tenían un pequeño trozo de metal que penetraba en el cerebro, la nueva versión tiene cuatro. Esto significa que los puntos de medición están distribuidos en una área mayor, permitiendo una grabación más eficiente en muchas regiones cerebrales importantes, especialmente en capas delgadas dentro del cerebro.

En experimentos con ratones, el equipo descubrió que podían captar señales eléctricas de más de 6,000 puntos diferentes con dos sondas, dice el autor principal Nick Steinmetz, investigador en UCL y la Universidad de Washington.

Actualmente, los prototipos de la última versión están siendo probados y optimizados por neurocientíficos en laboratorios de todo el mundo, basándose en la experiencia de los usuarios. Harris y sus colegas esperan que el producto esté listo para su amplia distribución en algún momento de 2022.

El consorcio Neuropixels 2.0 está dirigido por Tim Harris en el Campus de Investigación Janelia del Howard Hughes Medical Institute y cuenta con fondos y científicos en University College London (UCL), en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) en Trondheim, Noruega, en Neuroelectronics Research Flanders (NERF) en Lovaina, Bélgica, y en el Centro Champalimaud para lo Desconocido en Lisboa, Portugal.

Citación:

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 y Timothy D. Harris. «Neuropixels 2.0: una sonda miniaturizada de alta densidad para grabaciones cerebrales estables a largo plazo». Science, publicado en línea el 16 de abril de 2021. Doi: 10.1126/science.eabf4588.