研究人员已经开发出一种技术，能够在大脑活动被记录的区域部署非常小的“标记”。
这些标记是通过将微电流通过插入大脑的钨电极来记录大脑活动而产生的。这些标记不会损害脑组织，可以安全地留在生物体的大脑中。这项技术使具有特定功能特征的神经元在大脑范围内分布的高分辨率可视化成为可能。这项研究的结果发表在eNeuro上。
涉及记录大脑深部区域(如海马体和丘脑)活动的研究，通常使用穿透大脑的针状微电极来记录神经元的电活动。这些电极具有比功能磁共振成像或脑电图记录更高的时空分辨率，并且能够记录来自脑深部组织的信号。
然而，使用这些电极的一个缺点是，在电极被移除后，很难确定电极尖端在大脑中的确切位置。为了解决这个缺点，一种被称为“标记”的标记放置方法被广泛使用。然而，这些现有的方法空间分辨率有限，并且会对脑组织造成损伤。因此，传统实验方法的最大空间精度可能保持在0.1 mm左右。
Tatsuya Oikawa, Toshimitsu Hara, Kento Nomura和日本丰桥工业大学计算机科学与工程系副教授kova Koida共同参与了这项研究。Oikawa和他的同事们专注于钨的电解，钨是一种通常用于制造上述针状电极的金属。他们开发了一种方法，利用电解将氧化钨沉积在脑深部区域的组织中。
电解时，钨电极在正电流和负电流下分别产生金属氧化物和氢气泡。通过正负极电流的快速交替，在钨电极的尖端反复产生金属氧化物，随后被氢气泡剥离;这就形成了一小块氧化物。这个氧化块用作指示电极尖端精确位置的标记。
Oikawa和他的同事们用老鼠和猴子的大脑作为模型，在电极尖端产生微小的氧化团块(直径小至20微米)，并证实它们可以沉积在大脑内。他们还证实，用于产生这些标记的电流和沉积的氧化物不会损害脑组织。
此外，他们还发现，当使用标准脑组织染色剂(尼氏染色)染色并在显微镜下使用暗场照明观察时，沉积的氧化物会发出红光。这种鲜明的特征将标记与周围的噪声明显区分开来，便于通过低倍率显微镜轻松识别小标记。
副教授koa Koida是Oikawa及其同事的顾问，他说:“最初，我们的计划是去除预先涂在电极上的镀层，并将其用作标记。不幸的是，在实验过程中发生了混淆，导致我们无意中使用了不完全镀的电极。令人惊讶的是，尽管遇到了挫折，我们还是观察到了一个痕迹的形成。经过仔细考虑，我们认识到电解通常用于将钨棒制成细针状电极，会产生氧化物粉末。”
“那些粉末会成为一个印记。我们也意识到电解可以在体内进行。此外，我们发现电解所需的电流参数可以与通过电极传递的电流激活神经元时使用的电流参数一致。从本质上讲，用我们的方法标记的生物体的安全性已经在先前涉及电流刺激的实验中得到了验证。虽然大家都知道电流刺激会导致电极尖端的磨损，但人们一直没有注意到的是，与此同时，金属氧化物也会沉积在体内，作为标记。”
现在，Oikawa和他的同事们正在应用这项技术来解开外侧膝状核的微观功能结构，外侧膝状核是猕猴大脑深处的一个视觉中心。通过提供该技术的有效应用实例，他们旨在促进其作为神经科学基础技术的广泛采用。
此外，这种利用体内金属电解沉积的加工技术已被用于医疗领域，例如使用栓塞线圈治疗动脉瘤。因此，体内电解已经获得了一定程度的信任。通过使用微电极将测量和沉积过程结合为统一的技术，本研究中使用的技术也可以应用于医疗保健。
更多信息:Tatsuya Oikawa等人，一种使用传统钨微电极的精细尺度和微创标记方法，eNeuro(2023)。DOI: 10.1523/ eNeuro .0141-23.2023
丰桥工业大学提供
引用:开发在大脑中放置分钟“标记”的技术(2023年，12月5日)
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