فعالیت تک تک سلول‌های عصبی که توسط کاوشگر نوروپیکسل در کانون توجه ثبت شده است تا پیچیدگی مغز انسان را کشف کند. پوشش: دینامیک ولتاژ نورون‌های قشر مغز انسان با استفاده از پروب نوروپیکسل ثبت شده است. اعتبار: Paulk et al.
برای بررسی مغز انسان و درک بهتر عملکرد آن، دانشمندان علوم اعصاب تاکنون از روش های مختلفی برای ثبت فعالیت الکتریکی سلول های مغز استفاده کرده اند. به طور سنتی، این روش‌ها یا می‌توانستند فعالیت چند نورون منفرد را در یک زمان ثبت کنند یا تغییرات در فعالیت مجموع هزاران نورون را در طول زمان نظارت کنند. با این حال، اگر محققان می خواستند از یک جمعیت بزرگ سلولی در یک منطقه به طور همزمان نمونه برداری کنند، باید از دو یا چند تکنیک مختلف استفاده می کردند.
در سال 2017، تیمی به سرپرستی تیم هریس در پردیس تحقیقاتی HHMI Janelia ایده نوروپیکسل‌ها را معرفی کردند، یک فناوری نوآورانه که می‌تواند به طور همزمان فعالیت عصبی صدها تا هزاران نورون منفرد و تغییرات مداوم در نواحی کانونی مغز را ثبت کند. این فناوری قدرتمند که متعاقباً توسط IMEC طراحی و ساخته شد، اکنون نوآوری عظیمی را در زمینه علوم اعصاب به ارمغان می آورد.
محققان بیمارستان عمومی ماساچوست، دانشکده پزشکی هاروارد و سایر مؤسسات پزشکی در ایالات متحده اخیراً مطالعه‌ای را با هدف بررسی و غلبه بر برخی از چالش‌هایی که ممکن است مانع از اجرای گسترده نوروپیکسل‌ها در محیط‌های بالینی شوند، انجام داده‌اند. مقاله آنها، منتشر شده در علوم اعصاب طبیعتپروتکل‌ها و تکنیک‌های جدیدی را معرفی می‌کند که می‌توانند توسط پزشکان و دانشمندان علوم اعصاب برای ثبت بیش از 200 واحد منفرد قشر مغزی به خوبی ایزوله شده در یک ناحیه کانونی در انسان‌هایی که تحت عمل جراحی مغز و اعصاب هستند استفاده کنند.
آنجلیک پاولک، یکی از محققانی که این مطالعه را انجام داد، به مدیکال اکسپرس گفت: «فناوری نوروپیکسل یک «فیلم» پویا با وضوح بالا از دینامیک الکتریکی مداوم فعالیت عصبی ارائه می‌کند که قبلاً به آن دسترسی نداشتیم. “هدف مطالعه ما شرح جزئیات موانع فنی در آوردن این دستگاه به اتاق عمل انسان برای ثبت فعالیت عصبی در مغز دست نخورده انسان با استفاده از کاوشگر نوروپیکسل بود.”
علاوه بر شناسایی برخی از مشکلات فنی که مانع استفاده از نوروپیکسل در اتاق‌های عمل انسان می‌شود، پاولک و همکارانش می‌خواستند طرحی طراحی کنند که هم پزشکان و هم محققان علوم اعصاب بتوانند برای غلبه بر این مشکلات دنبال کنند. بنابراین، تکنیک‌ها و پروتکل‌هایی که در مقاله آنها توضیح داده شد، در DRYAD، یک مخزن عمومی مشهور برای مربیان و محققان، به اشتراک گذاشته شد.
تیمی که این مطالعه را انجام داد شامل پزشکان شاغل و دانشمندان علوم اعصاب بود. محققان با همکاری یکدیگر توانستند دو پروتکل برای ثبت فعالیت در مغز انسان با استفاده از کاوشگر نوروپیکسل ابداع کنند. آنها سپس این پروتکل‌ها را بر روی بیماران رضایت‌بخشی که تحت عمل جراحی مغز و اعصاب بودند، آزمایش کردند.
مدل سه بعدی محل سوراخ سوراخ تحریک عمیق مغز (DBS) با مدلی از پروب نوروپیکسل که در بافت قشر مغز قرار داده شده است. اعتبار: Paulk et al.
«اجرا و استفاده از پروب نوروپیکسل در اتاق عمل مستلزم آن بود که از یک پروب ضخیم‌تر جدید ساخته شده توسط IMEC (شرکت تولیدکننده نوروپیکسل‌ها) استفاده کنیم، خطوط لوله استریل‌سازی معتبر را ایجاد کنیم و شیوه‌های حمل استریل را حفظ کنیم، و بر آن غلبه کنیم. پلک توضیح داد: محیط پر سر و صدا در اتاق عمل از طریق ارجاع دقیق دستگاه ها. به دنبال رضایت آگاهانه شرکت‌کنندگان، متوجه شدیم که نتیجه باورنکردنی بود، زیرا در یک مورد، توانستیم از 202 نورون قابل شناسایی جداگانه در قشر انسان با استفاده از یک پروب نوروپیکسل ثبت کنیم.
نمونه‌ای از شکل‌های موج ولتاژ تک تک سلول‌های مغز، با هر شکل موج از کانال‌های متعدد در هر نورون به یک گروه واحد از شکل‌های موج فرو می‌رود. هر خط یک شکل موج است که روی یک کانال نوروپیکسل قرار دارد. اعتبار: Paulk et al.
نتایجی که پاولک و همکارانش هنگام پیروی از پروتکل‌های خود به دست آوردند، بسیار امیدوارکننده است، زیرا سایر فناوری‌های موجود برای جمع‌آوری ضبط‌های تک سلولی با استفاده از میکروالکترودها تنها به محققان اجازه می‌دهند تا حداکثر ۱۰۰ سلول را در یک زمان ثبت کنند، با استفاده از ۹۶ الکترود و ثبت فعالیت با میزان قابل‌توجهی پایین‌تر. رزولوشن فضایی. این تقریباً نیمی از سلول هایی است که آنها با استفاده از نوروپیکسل ثبت کردند.
پاولک گفت: “ما امیدواریم که مقاله شفاف ما که شامل درس های آموخته شده است، راه را به سوی یک دوره جدید هیجان انگیز برای درک شناخت، علوم اعصاب اولیه مغز انسان و آسیب شناسی های عصبی روانپزشکی برای بهبود شیوه های مراقبت بالینی هموار کند.” “یک چالش بزرگ در علوم اعصاب انسانی این است که ما همیشه اطلاعات مکانیکی از آنچه سلول های مغز در عملکردها یا آسیب شناسی های مختلف نقش دارند را در اختیار نداریم. نوروپیکسل ها راهی را برای شناسایی جداگانه سلول ها و زیرگروه های آنها از طریق نمونه گیری با وضوح بالا ارائه می دهند که ما به سادگی به آن دسترسی نداشتیم. به گذشته.”
تصویری از دو نوع مختلف میکروالکترود داخل جمجمه ای پیشرفته کاشته شده در قشر مغز، با آرایه میکروالکترود یوتا (سمت چپ) در کنار پروب نوروپیکسل (الکترود با طرح شطرنجی) در کنار بازسازی سلول های هرمی انسانی (آبی) و بازدارنده نورون های داخلی (سبز) از نورون های انسانی NeuroMorpho.Org، شناسه ها: NMO_86955، NMO_86997، NMO_109433، NMO_61420، و NMO_61421. اعتبار: Paulk et al.
در آینده، پروتکل‌های جدیدی که توسط Paulk و همکارانش معرفی شدند، می‌توانند استفاده از فناوری نوروپیکسل را در تنظیمات بالینی تسهیل کنند و امکان جمع‌آوری ضبط‌های عصبی دقیق‌تر و مطمئن‌تر را فراهم کنند. علاوه بر این، محققان امیدوارند که کار آنها الهام بخش علم باز جدید و ابتکارات داده های باز باشد که با هدف پیشرفت بیشتر درک فعلی ما از مغز انجام می شود.
کاوشگر با وضوح بالا ممکن است به کشف اسرار عملکرد مغز و بیماری های عصبی کمک کند
Angelique C. Paulk و همکاران، ضبط‌های عصبی در مقیاس بزرگ با وضوح تک نورون با استفاده از پروب‌های نوروپیکسل در قشر انسان، علوم اعصاب طبیعت (2022). DOI: 10.1038/s41593-021-00997-0
© 2022 Science X Network
نقل قول: پروتکل های جدید برای ثبت فعالیت عصبی با استفاده از نوروپیکسل در تنظیمات بالینی (2022، 18 مارس) در 19 مارس 2022 از https://medicalxpress.com/news/2022-03-protocols-neural-neuropixels-clinical.html بازیابی شده است.
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به غیر از هرگونه معامله منصفانه به منظور مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.