艾伦研究所(Allen Institute)利用Neuropixels探头将脑电波记录带入超速档

 
西雅图的艾伦脑科学研究所正在共享价值70万亿字节的数据，这些数据通过一种新型的可同时监视数百个神经元的硅探针收集，记录着小鼠大脑中的电活动。
该研究所的高级科学家乔希·西格尔说，由包括艾伦研究所在内的国际合作开发的Neuropixels系统也可以用于记录人类患者的大脑活动。
Siegle告诉GeekWire：“我最感兴趣的应用程序是解码大脑的通信模式，并真正了解区域之间如何传输信息。” “传输协议是什么?”
Siegle说，Neuropixels已经对大脑的内部运作产生了见解。该研究所将于本周在BioRxiv预印本服务器上发布研究结果，以确认大脑中连通性的分层模式。
关键的进步与大脑读取系统的针状探针内置的数百个电极有关。
该研究所系统上的六个探针中的每一个都和人类的头发一样细(70微米)，长度不到半英寸(10毫米)。但是，每个探针都包含960个电极，一旦植入，它们就能以亚毫秒级的精度从脑细胞网络中获取电活动。 Siegle说，每个探针在任何给定时间可以记录370多个读数。
单个Neuropixels探头由与系统电子设备相连的针状柄(几乎在右下角可见)组成。该技术是在比利时国际纳米电子研究中心IMEC的帮助下开发的，该团队的成员包括霍华德·休斯医学研究所，艾伦脑科学研究所，伦敦大学学院，盖茨比慈善基金会和惠康。
他在新闻稿中说：“以前，由于工具有限，我们一次只能从一个大脑区域进行记录。” “但实际上，是产生感知和决策的许多区域之间的相互作用，以及我们的大脑允许我们执行的所有其他复杂动作。”
赛格尔说，艾伦研究所的第一项神经像素研究是基于对小鼠进行的50多次实验。实验的重点是涉及视觉皮层的六个区域以及大脑的其他两个区域(海马和丘脑)的互连。
多亏了Neuropixels的帮助，研究人员才能够监视在实验室小鼠处理各种图像和视频时在大脑中传播的电脉冲的交响，包括奥森·威尔斯(Orson Welles)1958年的经典电影《邪恶之触》的开场场景。
在早期的实验中使用了相同的视觉效果来研究视觉处理。 “我们希望使刺激尽可能与成像实验中使用的刺激相似，因此我们可以尝试在Neuropixel记录和成像数据之间进行尽可能直接的比较，” Siegle解释说。
每个实验都监视了数千个神经元的活动，并添加了一个数据集，该数据集记录了100,000个脑细胞的行为。这仍然仅是小鼠大脑中7千5百万个神经元的一小部分，但是与过去使用的神经元逐个神经元监视方法相比，这是一个巨大的进步。
艾伦脑科学研究所首席科学家兼总裁克里斯托夫·科赫说：“该数据集中有大量神经元，它们的活动从未被人眼所见。” “这些数据是史无前例的-我们正以标准化格式公开发布它们，以使地球上的任何人都可以将其用于自己的发现。”
从外观上看，Neuropixels设备看起来类似于由亿万富翁埃隆·马斯克(Elon Musk)支持的合资企业Neuralink开发的另一种大脑监测系统。但是西格尔说，神经像素是为完全不同的目的而设计的。
“ Neuralink优化了其技术，以便将其植入四肢瘫痪且无法移动四肢的人类手术患者，并且他们需要直接与大脑连接的界面才能移动机械臂并重新获得对四肢的控制，他说。 “ Neuropixels探针经过专门优化，可作为科学研究的设备。”
今天的数据发布还将来自大约75,000个小鼠脑细胞和50,000个人脑细胞的转录数据添加到Allen Cell Types Database中。现在，用于老鼠细胞类型的数据库已完全覆盖了大脑的皮质和海马体，共采样了25个不同的区域。
艾伦脑科学研究所结构科学执行主任曾宏奎说：“这些数据涵盖了人类在阿尔茨海默氏病到精神疾病等各种疾病中发挥作用的大脑区域。” “定义这些区域的细胞类型是更好地了解脑疾病起源的重要的第一步。”
但是，等等……还有更多：数据发布包括定制的“八达通”电极装置的第一批读数，这些读数使研究人员可以一次监视多达八个神经元的电模式。该方法为研究相邻神经元之间的连接提供了另一条途径。
“这些实验使我们超越了对单个细胞类型的了解，而了解了这些细胞之间传递的信号，这反过来又将帮助我们更好地自己定义细胞类型，”艾伦研究所电生理学副主任Gabe Murphy说。脑科学。
艾伦研究所成立于2003年，得到了微软联合创始人保罗·艾伦(Paul Allen)1亿美元的支持。此后，由于艾伦(Allen)的额外贡献以及其他私人捐助者，基金会和政府机构的支持，它扩大了开放科学的业务。艾伦本周去世，享年65岁。