Nuevos protocolos para registrar la actividad neuronal utilizando Neuropixels en entornos clínicos
Actividad de neuronas individuales registrada por la sonda Neuropixels en el centro de atención para descubrir la complejidad del cerebro humano. Superposición: dinámica de voltaje registrada de las neuronas corticales humanas según lo registrado usando la sonda Neuropixels. Crédito: Paulk et al.
Para examinar el cerebro humano y comprender mejor sus funciones, los neurocientíficos han utilizado hasta ahora una variedad de métodos para registrar la actividad eléctrica de las células cerebrales. Tradicionalmente, estos métodos podían registrar la actividad de unas pocas neuronas individuales a la vez o monitorear los cambios en la actividad total de miles de neuronas a lo largo del tiempo. Sin embargo, si los investigadores querían tomar muestras de una gran población de células en un área a la vez, tenían que emplear dos o más técnicas diferentes.
En 2017, un equipo dirigido por Tim Harris del HHMI Janelia Research Campus presentó la idea de Neuropixels, una tecnología innovadora que puede registrar simultáneamente la actividad neuronal de cientos a miles de neuronas individuales y los cambios continuos en áreas focales del cerebro. Esta poderosa tecnología, que posteriormente fue diseñada y fabricada por IMEC, ahora trae una gran innovación en el campo de la neurociencia.
Investigadores del Hospital General de Massachusetts, la Escuela de Medicina de Harvard y otros institutos médicos en los Estados Unidos han recientemente llevó a cabo un estudio destinado a examinar y potencialmente superar algunos de los desafíos que podrían impedir la implementación a gran escala de Neuropixels en entornos clínicos. Su artículo, publicado en Nature Neuroscience, presenta nuevos protocolos y técnicas que pueden ser utilizados por médicos y neurocientíficos para registrar más de 200 unidades individuales corticales bien aisladas en una región focal en humanos que se someten a procedimientos neuroquirúrgicos.
«La tecnología Neuropixels proporciona una potente ‘película’ dinámica de alta resolución de la dinámica eléctrica en curso de la actividad neuronal a la que antes no teníamos acceso», Angelique Paulk, una de las investigadoras que llevó a cabo el estudio. , le dijo a Medical Xpress. «El objetivo de nuestro estudio era detallar los obstáculos técnicos para llevar este dispositivo a la sala de operaciones humana para registrar la actividad neuronal en el cerebro humano intacto usando la sonda Neuropixels».
Video que ilustra las diferencias en cómo las sondas Neuropixels y otros los dispositivos toman muestras de información eléctrica de las celdas cercanas. Es algo parecido a comparar una imagen pixelada con un video 4K. Crédito: Angelique Paulk
Además de identificar algunas de las dificultades técnicas que impiden el uso de neuropíxeles en los quirófanos humanos, Paulk y sus colegas querían diseñar un plan que tanto los médicos como los investigadores en neurociencia pudieran seguir para superar estas dificultades. Las técnicas y los protocolos descritos en su artículo también se compartieron en DRYAD, un repositorio público de renombre para educadores e investigadores.
El equipo que llevó a cabo el estudio incluyó tanto a médicos en ejercicio como a neurocientíficos. En colaboración, los investigadores pudieron diseñar dos protocolos para registrar la actividad en el cerebro humano utilizando la sonda Neuropixels. Luego, probaron estos protocolos en pacientes que dieron su consentimiento y que se sometían a procedimientos neuroquirúrgicos.
Modelo tridimensional de la ubicación del agujero de trepanación de estimulación cerebral profunda (DBS) con un modelo de la sonda Neuropixels insertada en el tejido cortical. Crédito: Paulk et al.
«La implementación y el uso de la sonda Neuropixels en el quirófano requerían que usáramos una sonda más gruesa recientemente desarrollada producida por IMEC (la empresa que produce Neuropixels), que estableciésemos conductos de esterilización validados y mantuviéramos prácticas de manipulación estériles, y que superemos el entorno altamente ruidoso eléctricamente en la sala de operaciones a través de una referencia cuidadosa de los dispositivos», explicó Paulk. «Después del consentimiento informado de los participantes, descubrimos que el resultado fue increíble porque, en un caso, pudimos registrar 202 neuronas identificables individualmente en la corteza humana utilizando una sola sonda Neuropixels».
Ejemplo de formas de onda de voltaje de células cerebrales individuales, con cada forma de onda de múltiples canales por neurona colapsada en un solo grupo de formas de onda. Cada línea es una forma de onda ubicada en un solo canal de Neuropixels. Crédito: Paulk et al.
Los resultados que Paulk y sus colegas lograron al seguir sus protocolos son muy prometedores, ya que otras tecnologías existentes para recolectar registros de células individuales usando microelectrodos solo permiten a los investigadores registrar hasta 100 células a la vez, usando 96 electrodos y capturando la actividad en una resolución espacial significativamente más baja. Esto es aproximadamente la mitad de las células que registraron usando Neuropixels.
«Esperamos que nuestro papel transparente que incluye lecciones aprendidas allane el camino hacia una nueva y emocionante era para comprender la cognición, la neurociencia básica del cerebro humano y patologías neuropsiquiátricas para mejorar las prácticas de atención clínica», dijo Paulk. «Un gran desafío en la neurociencia humana es que no siempre tenemos la información mecánica de qué células cerebrales contribuyen a diferentes funciones o patologías. Neuropixels ofrece una forma de identificar células individualmente y sus subtipos a través de muestreo de alta resolución a la que simplemente no teníamos acceso. en el pasado».
Ilustración de dos tipos diferentes de microelectrodos intracraneales de última generación implantados en la corteza, con la matriz de microelectrodos Utah (izquierda) junto a la sonda Neuropixels (electrodo con un diseño de tablero de ajedrez) junto reconstrucciones de células piramidales humanas (azul) e interneuronas inhibitorias (verde) de neuronas humanas NeuroMorpho.Org, ID: NMO_86955, NMO_86997, NMO_109433, NMO_61420 y NMO_61421. Crédito: Paulk et al.
En el futuro, los nuevos protocolos presentados por Paulk y sus colegas podrían facilitar el uso de la tecnología Neuropixels en entornos clínicos, lo que permitiría recopilar registros neuronales más detallados y confiables. Además, los investigadores esperan que su trabajo inspire nuevas iniciativas de ciencia abierta y datos abiertos destinadas a avanzar aún más en nuestra comprensión actual del cerebro.
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La sonda de alta resolución puede ayudar a descubrir los secretos de la función cerebral y las enfermedades neurológicas Más información: Angelique C. Paulk et al, Grabaciones neuronales a gran escala con resolución de una sola neurona usando Sondas de neuropíxeles en la corteza humana, Nature Neuroscience (2022). DOI: 10.1038/s41593-021-00997-0 Información de la revista: Nature Neuroscience
2022 Science X Network
Cita: Nuevos protocolos para registrar la actividad neuronal usando Neuropixels en entornos clínicos (2022, 18 de marzo) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-protocols-neural-neuropixels-clinical.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.