Инженеры создали зонд, который слушает мозг по клеткам
Зонд толщиной с человеческий волос способен одновременно следить за сотнями, а то и десятками тысяч нейронов. Созданный для мышей, Neuropixels за девять лет изменил экспериментальную нейрофизиологию, а теперь заглянул и в мозг человека прямо во время операций.
Всё началось в 2008 году, когда биомедицинский инженер Тим Харрис пришёл в исследовательский кампус Janelia в штате Вирджиния и стал выяснять, каких инструментов не хватает коллегам. Оказалось, что нейробиологам нужны зонды для долгих крупномасштабных записей, тогда как имевшиеся электроды и кремниевые пластины давали лишь несколько десятков каналов. Харрис обратился в бельгийский исследовательский центр Imec и, к своему удивлению, нашёл там союзников. Результатом стал Neuropixels 1.0 с 960 регистрирующими участками на тонком стержне, из которых одновременно читаются 384. Сигналы выводятся всего по двум проводам, тогда как раньше каждому каналу требовался свой. Описание зонда вышло в 2017 году, а через четыре года появилась облегчённая четырёхстержневая версия 2.0 с 5120 участками.
Сегодня Neuropixels применяют около 1700 лабораторий более чем на двух десятках видов, включая зебровых амадин и осьминогов. Выяснилось, что сигналы, связанные с восприятием, познанием и движением, распределены по мозгу шире, чем считалось раньше. Команда Маттео Карандини в Университетском колледже Лондона регистрирует десятки тысяч нейронов мыши, порой месяцами, и использует версию Opto1, сочетающую запись с оптогенетикой, то есть управлением клетками при помощи света. Международная лаборатория мозга, объединившая двенадцать коллективов, собрала данные о более чем 620 тысячах нейронов у 139 мышей и построила общемозговую карту активности. Для приматов создали удлинённую модификацию, и, по словам одного из участников разработки, если раньше за удачный день удавалось записать около двух десятков клеток, то теперь их регулярно набирается не менее сотни.
В 2022 году две группы, из Бостона и Сан-Франциско, независимо показали, что слегка модифицированные зонды можно применять во время операций на мозге человека. По мнению одного из руководителей работ, это самые детальные данные из всех, что удавалось получить от человеческого мозга, и с их помощью уже можно различать на уровне отдельных клеток код речи. Трудностей хватает. Люди куда разнообразнее лабораторных мышей, мозг пульсирует с каждым ударом сердца, а электрический шум операционной искажает слабые сигналы. Британским исследователям на получение разрешений понадобилось два года, а на запись отводится не более получаса. Для долгой имплантации пока лучше подходят тонкоплёночные электроды, хотя плотностью записи они уступают. Создатели зонда уже работают над версией 3.0 и ожидают, что за год число команд, работающих в операционных, вырастет с восьми до двадцати.
