Nature子刊：研究者研制出胞内和胞外神经电信号同步采集的多模态电极

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在微观尺度下，检测神经元内（胞内）神经电活动（如阈下电活动）对于研究突触的功能以及树突的整合至关重要；而在介观尺度下，记录神经元外（胞外）神经电信号（如动作电位和局部场电位）对于理解多个神经元如何进行功能整合提供了重要信息。而阈下的神经电活动是不能通过胞外记录所检测到的。目前，胞内神经电信号和胞外神经电信号的记录往往是分离的，这主要局限于现有的记录工具。近期，美国珍妮亚研究院（Janelia Research Campus）的研究者在Naturebiomedical engineering杂志上发表文章，他们通过巧妙的设计，研制出一款可以同时记录胞内神经电信号和胞外电活动的多模态微电极。接下来，小编就带大家一起瞧瞧这款“奇妙”的微电极。

多模态微电极的制造

具体的制造过程小编就不在这里详细论述了，感兴趣的朋友可以查找这篇文章进行详细的品读，这里小编只告诉大家大概的过程：首先是通过一定的工艺技术手段制备出3个一起的柔性电极，这3个柔性电极每一个上面有一个金属记录位点，用于记录胞外电信号（如图1c、d、e）；这些3个一起的电极，中间有一个孔，这个孔里面装配一个玻璃微电极用于记录胞电信号，具体装配步骤如图1f所示。制造装配好的多模态微电极的扫描电镜照片如图1g、h所示。

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在体动物实验验证

做好的电极能不能用以及好不好用，最终得用事实说话。研究者把多模态微电极装配到相应的设备上（如图2a所示），并植入到实验鼠的海马CA1脑区进行神经电信号的采集。图2b中的EC1、2、3表示记录的3个通道的胞外电信号，记录是采用的是全带宽记录，目的是能够同时记录到胞外动作电位和局部场电位，黑色的第4通道表示记录到的胞内电信号。图2c表示图2b中的红色虚框内的信号放大后的信号，并且为了能够看出胞外动作电位，研究者对图2b中的EC1、2、3进行了0.3-1KHz的滤波。从图2c可以明显看出，EC1-3中包含很多动作电位（高频的突起部分）。而图2d表示图2c中红色虚框内的信号放大后的信号。

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此外，研究者对所研制的电极作进一步的改进，可以实现光刺激+神经电信号记录的多模态微电极，如图3所示。

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电极，作为一种特殊的传感器（把神经电信号给“传感”出来），对于脑科学和神经科学研究至关重要。我们做EEG/ERP研究，头皮电极的质量对于测量得到良好的数据起着决定性作用，同样，对于以动物为研究对象的神经科学家，脑内微电极成为其研究的关键工具。一般来说，记录细胞内神经电活动，一般采用玻璃微电极（尖端细至1-2微米），可以刺入单个神经元细胞内进行电活动记录；而细胞外电活动的记录，一般采用金属微丝电极（直径几十微米）。胞内电活动和胞外电活动从不同角度给研究者提供了神经系统功能的信息。并且，传统上，胞内记录和胞外记录往往是不能同时进行的。本文中，研究者提出一种设巧妙的微电极结构，实现了胞内记录和胞外记录的同步，小编相信，这将为研究者提供强有力的研究工具。但是，这种多模态微电极制造步骤很是复杂，以后是否能够商品化，或者商品化后价格是否合适，还值得我们期待。

参考文献： David, et al. Multimodal in vivo brainelectrophysiology with integrated glass microelectrodes. Nature BiomedicalEngineering (2019)