高分辨率微電極陣列系統(tǒng)（HD-MEA）一次性捕捉海馬多種神經(jīng)元的電信號(hào)

HD-MEA記錄海馬腦片
海馬是學(xué)習(xí)記憶、情緒調(diào)控的重要腦區(qū)，其內(nèi)部不同腦區(qū)（CA1、CA3、DG）和各類神經(jīng)元（錐體細(xì)胞、抑制性中間神經(jīng)元等）協(xié)同工作，形成復(fù)雜的環(huán)路。迄今已通過(guò)形態(tài)、分子標(biāo)志和電生理特征共鑒定出 120 種神經(jīng)元類型/亞型，并根據(jù)其自發(fā)放電模式，識(shí)別出9種主要放電家族。

傳統(tǒng)單電極、低密度多通道記錄，丟失空間分辨率，無(wú)法精準(zhǔn)定位不同區(qū)室的神經(jīng)電活動(dòng)，漏掉微小細(xì)胞群，因此難以同時(shí)抓取多種細(xì)胞的信號(hào)。如何能夠一次性觀測(cè)海馬各個(gè)區(qū)域中多種神經(jīng)元的自發(fā)放電呢？

高密度微電極陣列（HD-MEA）技術(shù)通過(guò)CMOS工藝突破這一瓶頸——在8.1 mm²芯片表面集成26,400個(gè)電極（密度3,259 electrodes/mm²，間距17.5 μm），將電信號(hào)采集的空間分辨率提升至亞細(xì)胞層級(jí)，可同步捕獲海馬的每一個(gè)神經(jīng)元電信號(hào)。

今天，我們使用Maxwell Biosystems的高密度多電極陣列平臺(tái)MaxOne，對(duì)腹側(cè)海馬腦片進(jìn)行急性腦切片記錄，成功捕捉到了海馬各個(gè)腦區(qū)上不同類型細(xì)胞的放電。

我們公眾號(hào)會(huì)在實(shí)驗(yàn)分享版塊定期分享公司內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)果，以便大家更全面地了解高密度MEA技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用，歡迎持續(xù)關(guān)注！

HD-MEA檢測(cè)小鼠海馬腦片

圖1. 實(shí)驗(yàn)所做的目標(biāo)腦區(qū)，左圖是腦圖譜上的示意位置，右圖是實(shí)際的腦切片在HD-MEA芯片上的實(shí)拍圖。來(lái)源：禮智生物科技

視頻1. HD-MEA檢測(cè)WT小鼠海馬腦片的電信號(hào)。來(lái)源：禮智生物科技

視頻1是HD-MEA檢測(cè)WT小鼠海馬腦片的電信號(hào)結(jié)果。左上角圖是整個(gè)電極的圖示，展示正在記錄和放電的電極視圖，紅色三角代表記錄到動(dòng)作電位。右上角熱圖，上面的顏色代表檢測(cè)到的峰電位的不同幅值。左下圖是Traces圖，可以看到不同電極上記錄到的動(dòng)作電位，也以紅色三角標(biāo)識(shí)。右下圖是Raster Plot圖，上面每一排是代表一個(gè)電極，每一個(gè)點(diǎn)是記錄到的峰電位。

圖2. WT小鼠海馬實(shí)拍圖與Activity map的merge圖，圖上的顏色代表該電極的發(fā)放幅值。來(lái)源：禮智生物科技

圖3. HD-MEA 記錄的小鼠海馬區(qū)神經(jīng)元電生理活動(dòng)圖。
來(lái)源：禮智生物科技

上圖正中間熱圖直觀展示了小鼠海馬區(qū)的 HD-MEA 上記錄到的神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢话l(fā)放活動(dòng)強(qiáng)度的空間分布。顏色表示該電極位點(diǎn)檢測(cè)到的動(dòng)作電位（spike）放電幅值，將海馬解剖結(jié)構(gòu)與熱圖疊加，清晰標(biāo)識(shí)出海馬組織內(nèi)部神經(jīng)元功能活躍的區(qū)域（如DG區(qū)、CA1錐體細(xì)胞層、CA3區(qū)等）以及相對(duì)靜息的區(qū)域。在對(duì)應(yīng)的活性電極位圖側(cè)以放大的形式，展示了從該位點(diǎn)記錄到的代表性神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢话l(fā)放模式和波形 (Spike Waveforms)。

總結(jié)
通過(guò) Maxwell Biosystems 的 MaxOne芯片，由于電極密度的大幅度提升，可以使單細(xì)胞電信號(hào)定位更精準(zhǔn)，且同時(shí)進(jìn)行大規(guī)模并行記錄，一次追蹤到海馬 CA1、CA3、DG 區(qū)多種神經(jīng)元的自發(fā)動(dòng)作電位，不錯(cuò)過(guò)任何細(xì)胞的電信號(hào)。  

這顯著提升了數(shù)據(jù)獲取效率，同時(shí)為深入研究癲癇、阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型的海馬區(qū)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)特征提供了兼具"高通量"與"高分辨率"優(yōu)勢(shì)的創(chuàng)新性電生理研究方案。