近日，北京大学段小洁团队在《Nature Neuroscience》上发表了一篇题为“A high-density 1,024-channel probe for brain-wide recordings in non-human primates”的研究论文，展示了一种高密度、1024通道神经探针——Neuroscroll探针。该探针由格罗贝尔生物公司代理的 BrainSight® Vet Robot 智能动物手术机器人规划手术路径，成功实现了非人灵长类动物整脑尺度神经活动的监测。这项工作的第一作者为北京大学博士后刘杨、博士生贾荟琳和特聘副研究员孙洪吉，通讯作者为北京大学研究员段小洁。
Neuroscroll探针：突破性的高密度神经记录
Neuroscroll探针：突破性的高密度神经记录
Neuroscroll探针的设计结合了高密度通道和灵活的记录位点分布，使其能够覆盖非人灵长类动物的大脑尺度。探针长度可根据需求调节，从10 mm到90 mm不等，具有优异的稳定性和重复弯曲后的完整性。这使得Neuroscroll探针在多脑区神经活动的同步监测中展现了出色的性能。这种探针在大鼠上可实现长达两年的稳定记录，并在猕猴大脑中实现了从脑表面皮层至颅底全深度覆盖的超700个单神经元活动的同时监测。
灵长类动物中的手术与记录
灵长类动物中的手术与记录
在实验中，团队使用BrainSight® Vet Robot 智能动物手术机器人，通过预先规划的手术路径，成功地将Neuroscroll探针植入非人灵长类动物的大脑中。手术前，团队先使用MRI和CT扫描进行图像配准，以确保探针的精准定位。随后，在手术机器人的辅助下，探针沿预定的解剖路径以微米级精度插入目标脑区。
手术过程中，实验对象被固定在手术机器人的立体定位装置上，通过红色激光扫描确定手术场景与图像之间的3D坐标系统。随后，团队使用手术机器人精确控制探针的插入深度和方向，确保每根探针都准确地到达预定位置。
探针植入后，立即开始电生理记录。使用1024通道的Intan记录系统进行记录，捕捉到大量单神经元的活动数据。为了验证探针的位置，手术后还进行了CT和MRI扫描。
团队进行了固视-扫视任务，猴子需要在屏幕上完成一系列视觉任务，同时记录其大脑活动。这些数据对于理解大脑的感觉、运动和认知功能具有重要意义。
智能手术机器人的作用
BrainSight® Vet Robot 智能动物手术机器人在这个工作中起到了重要作用。通过手术机器人精确的手术路径规划和定位，确保了Neuroscroll探针的成功植入，提高了手术的安全性和数据采集的质量，使探针能够准确地到达目标脑区，避免了传统手术中可能出现的误差和损伤。
这项研究展示了Neuroscroll探针和BrainSight® Vet Robot 智能动物手术机器人在神经科学研究中的巨大潜力。通过在非人灵长类动物中实现高时空分辨率、全脑范围的神经活动记录，研究人员能够更深入地理解大脑的复杂功能和神经机制。这不仅有助于基础神经科学研究，还可能推动在疾病治疗和脑机接口等领域的应用。
相关论文信息：
doi.org/10.1038/s41593-024-01692-6
