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

HD-MEA記錄海馬腦片
海馬是學習記憶、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（錐體細胞、抑制性中間神經(jīng)元等）協(xié)同工作，形成復雜的環(huán)路。迄今已通過形態(tài)、分子標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，無法精準定位不同區(qū)室的神經(jīng)電活動，漏掉微小細胞群，因此難以同時抓取多種細胞的信號。如何能夠一次性觀測海馬各個區(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CMOS工藝突破這一瓶頸——在8.1 mm²芯片表面集成26,400個電極（密度3,259 electrodes/mm²，間距17.5 μm），將電信號采集的空間分辨率提升至亞細胞層級，可同步捕獲海馬的每一個神經(jīng)元電信號。

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

我們公眾號會在實驗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)的特點和應(yīng)用，歡迎持續(xù)關(guān)注！

HD-MEA檢測小鼠海馬腦片

圖1. 實驗所做的目標腦區(qū)，左圖是腦圖譜上的示意位置，右圖是實際的腦切片在HD-MEA芯片上的實拍圖。來源：禮智生物科技

視頻1. HD-MEA檢測WT小鼠海馬腦片的電信號。來源：禮智生物科技

視頻1是HD-MEA檢測WT小鼠海馬腦片的電信號結(jié)果。左上角圖是整個電極的圖示，展示正在記錄和放電的電極視圖，紅色三角代表記錄到動作電位。右上角熱圖，上面的顏色代表檢測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作電位，也以紅色三角標識。右下圖是Raster Plot圖，上面每一排是代表一個電極，每一個點是記錄到的峰電位。

圖2. WT小鼠海馬實拍圖與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)元電生理活動圖。
來源：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)元動作電位發(fā)放活動強度的空間分布。顏色表示該電極位點檢測到的動作電位（spike）放電幅值，將海馬解剖結(jié)構(gòu)與熱圖疊加，清晰標識出海馬組織內(nèi)部神經(jīng)元功能活躍的區(qū)域（如DG區(qū)、CA1錐體細胞層、CA3區(qū)等）以及相對靜息的區(qū)域。在對應(yīng)的活性電極位圖側(cè)以放大的形式，展示了從該位點記錄到的代表性神經(jīng)元動作電位發(fā)放模式和波形 (Spike Waveforms)。

總結(jié)
通過 Maxwell Biosystems 的 MaxOne芯片，由于電極密度的大幅度提升，可以使單細胞電信號定位更精準，且同時進行大規(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)動作電位，不錯過任何細胞的電信號。  

這顯著提升了數(shù)據(jù)獲取效率，同時為深入研究癲癇、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)動力學特征提供了兼具"高通量"與"高分辨率"優(yōu)勢的創(chuàng)新性電生理研究方案。