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近日，北京大學段小潔團隊在《Nature Neuroscience》上發表了一篇題為“A high-density 1,024-channel probe for brain-wide recordings in non-human primates"的研究論文，展示了一種高密度、1024通道神經探針——Neuroscroll探針。該探針由格羅貝爾生物公司代理的 BrainSight® Vet Robot 智能動物手術機器人規劃手術路徑，成功實現了非人靈長類動物整腦尺度神經活動的監測。這項工作的第一作者為北京大學博士后劉楊、博士生賈薈琳和特聘副研究員孫洪吉，通訊作者為北京大學研究員段小潔。
Neuroscroll探針：突破性的高密度神經記錄
Neuroscroll探針：突破性的高密度神經記錄
Neuroscroll探針的設計結合了高密度通道和靈活的記錄位點分布，使其能夠覆蓋非人靈長類動物的大腦尺度。探針長度可根據需求調節，從10 mm到90 mm不等，具有優異的穩定性和重復彎曲后的完整性。這使得Neuroscroll探針在多腦區神經活動的同步監測中展現了出色的性能。這種探針在大鼠上可實現長達兩年的穩定記錄，并在獼猴大腦中實現了從腦表面皮層至顱底全深度覆蓋的超700個單神經元活動的同時監測。
靈長類動物中的手術與記錄
靈長類動物中的手術與記錄
在實驗中，團隊使用BrainSight® Vet Robot 智能動物手術機器人，通過預先規劃的手術路徑，成功地將Neuroscroll探針植入非人靈長類動物的大腦中。手術前，團隊先使用MRI和CT掃描進行圖像配準，以確保探針的精準定位。隨后，在手術機器人的輔助下，探針沿預定的解剖路徑以微米級精度插入目標腦區。
手術過程中，實驗對象被固定在手術機器人的立體定位裝置上，通過紅色激光掃描確定手術場景與圖像之間的3D坐標系統。隨后，團隊使用手術機器人精確控制探針的插入深度和方向，確保每根探針都準確地到達預定位置。
探針植入后，立即開始電生理記錄。使用1024通道的Intan記錄系統進行記錄，捕捉到大量單神經元的活動數據。為了驗證探針的位置，手術后還進行了CT和MRI掃描。
團隊進行了固視-掃視任務，猴子需要在屏幕上完成一系列視覺任務，同時記錄其大腦活動。這些數據對于理解大腦的感覺、運動和認知功能具有重要意義。
智能手術機器人的作用
BrainSight® Vet Robot 智能動物手術機器人在這個工作中起到了重要作用。通過手術機器人精確的手術路徑規劃和定位，確保了Neuroscroll探針的成功植入，提高了手術的安全性和數據采集的質量，使探針能夠準確地到達目標腦區，避免了傳統手術中可能出現的誤差和損傷。
這項研究展示了Neuroscroll探針和BrainSight® Vet Robot 智能動物手術機器人在神經科學研究中的巨大潛力。通過在非人靈長類動物中實現高時空分辨率、全腦范圍的神經活動記錄，研究人員能夠更深入地理解大腦的復雜功能和神經機制。這不僅有助于基礎神經科學研究，還可能推動在疾病治療和腦機接口等領域的應用。
相關論文信息：
doi.org/10.1038/s41593-024-01692-6
