无纤维,大规模的光电生理学接口,用于多个大脑区域的微规模交互

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 生物医学工程 生物医学工程
• 光电学是指光电子产品.

背景情况:

• 了解复杂的大脑网络需要高时空分辨率的工具来同时进行神经记录和刺激.
• 像CMOS探头这样的现有技术在微量级交互和刺激能力方面存在局限性.
• 光遗传学提供神经元特异性刺激,但传统方法由于大量的照明量导致不特定的干扰.

研究的目的:

• 开发一个完全集成的头台,结合微LED光电极,CMOS IC和灵活的插座器,用于微型化实现.
• 为了实现微尺度,双向相互作用与神经元在高时空精度.
• 通过在多个大脑区域提供局部刺激和记录来推进光遗传学.

主要方法:

• 先进的微加工技术集成记录电极和微发光二极管 (μLED).
• 微秒,独立的384通道交互,通过低功耗,面积高效的电路实现.
• 紧可靠的混合组装使用基于聚胺电缆的系统.

主要成果:

• 一个紧和轻量级的头台 (23.8×28.8mm2,3.5g) 实现了报告中最高的通道密度 (0.56通道/mm2).
• 在转基因小鼠中证明了体内可行性,识别了>160个神经元.
• 展示了焦点光遗传刺激的局部和广泛效应.

结论:

• 成功实施了一种混合集成的大规模光电生理学接口原型.
• 在体内验证了系统的可行性,这代表了神经接口技术的重大进步.
• 这种完全集成的平台将以前基于μLED的探头功能扩展为一个完整的高性能系统.