信息来源：段小洁研究员团队

近日，北京大学未来技术学院生物医学工程系、国家生物医学成像科学中心段小洁研究员团队于《自然·神经科学》杂志在线发表了题为“A high-density 1,024-channel probe for brain-wide recordings in non-human primates”的研究论文，报道了一种高密度、高通道的神经探针，在国际上首次实现对猕猴⼤脑全深度、⾼通量神经元活动的记录。 其单根探针上集成了1024个可同时记录的神经信号通道，达到国际领先水平。

人类大脑中存在数百亿个神经元，神经探针可以深入大脑组织内部记录单神经元活动时产生的电信号，在基础科学研究和临床疾病诊疗中都有着广泛的应用。非人灵长类动物（如猕猴等）常用于脑科学研究，但目前用于非人灵长类动物的神经探针存在记录通道数少、记录范围小等各种局限，难以进行全脑深度范围的高通量神经活动记录。

为此，北京大学研究人员成功研制出一种高密度、高通道的“神经卷轴（Neuroscroll）“探针（图1）。研究团队首先设计并制备了一种超薄柔性微电极阵列薄膜，通过发展一种特殊的绕卷组装工艺，制备了“神经卷轴”探针，记录位点可灵活分布于神经探针表面，或以成簇方式分布，或以均匀方式分布，可满足具有不同尺寸的多脑区神经活动记录需求。探针长度可在1厘米到1分米范围内灵活设计，从而匹配从啮齿类到灵长类动物的大脑尺寸。

图1.“神经卷轴”探针用于全脑尺度神经活动监测

神经探针和后端电路之间的连接是将探针通道数拓展到数千的一个主要瓶颈，研究团队发展了一种高密度柔性冷焊技术，使得神经探针可以与柔性转接板、印刷电路板、CMOS基高密度微电极阵列芯片等进行良好电学连接，以实现信号的传输与采集，“神经卷轴”探针的模块化设计使得神经探针可以兼容多种后端电子器件，从而为构建更集成化、小型化的神经信号采集系统提供新的策略。

利用该探针，团队实现了猕猴大脑全深度覆盖、共9个脑区、超 700 个单神经元信号的同步记录（图2）。将探针用于猕猴执行视觉任务脑活动的监测，成功记录到了对人脸有选择性响应的神经元（图3）。研究人员将神经探针植入大鼠前额叶皮层，实现了长达2 年的稳定神经记录，在此期间，所检测到的单神经元数目、放电频率、幅值和信噪比没有衰减，展现了神经探针的高生物相容性和长期记录稳定性。

图2. “神经卷轴“探针在猕猴中实现全深度覆盖的高通量记录

图3. “神经卷轴“探针在清醒猕猴中探测到视觉响应神经元

这种高通量、大时间空间覆盖范围的神经活动记录为多脑区活动的同步监测、探究神经活动与⾏为学间的关系提供了有⼒⼯具，未来通过多根探针的植⼊，可进⼀步实现从数千到上万个通道的神经记录，将对基础神经科学和脑机接⼝等转化神经科学研究带来变⾰性影响。

北京大学未来技术学院段小洁研究员为该论文通讯作者。未来技术学院生物医学工程系刘杨博士、贾荟琳博士、孙洪吉博士为论文的共同第一作者。该研究成果得到国家自然科学基金委、科技部、北京市基金委等机构和项目的资助。该研究还得到了心理与认知科学学院 Yuji Naya研究员课题组、中国科学院深圳先进技术研究院李骁健研究员课题组等的大力支持和帮助。