生物行移动版

由伦敦大学学院（UCL）科学家共同开发的一项突破性新技术，能够同时记录和操控大脑深部的神经元活动，该技术有望改变我们对神经回路和神经系统疾病（如帕金森病、强迫症、抑郁症）的理解。该探针被称为“深部脑电极与微流控探针” 或类似名称，将微流控通道（用于局部药物输注）与高密度微电极（用于记录神经元放电活动）集成在一根细小的、可植入的探针上（直径<50微米，小于人类头发丝）。该研究发表在《自然-神经科学》杂志上，在自由活动的小鼠中实现了对深部脑结构（如黑质、伏隔核、丘脑底核）中单个神经元的长期记录（持续数周至数月）。至关重要的是，该探针使研究人员能够通过在微流控通道中输注河豚毒素（TTX，一种钠通道阻滞剂） 或红藻氨酸（一种谷氨酸受体激动剂），在记录同一批神经元活动的同时，局部操控其活性。这项技术可能有助于剖析神经精神疾病的回路机制，并为新一代闭环深部脑刺激设备铺平道路。

深部脑回路研究的当前局限性

传统的神经电生理记录技术（如硅探针）无法进行局部药物输注，而传统的药物输注技术（如插管）则无法记录单个神经元的放电活动。光遗传学需要使用病毒载体将视蛋白导入目标脑区，还需要植入光纤，且不适用于人类患者。此外，用于治疗帕金森病的深部脑刺激（DBS）设备是“开环”的（即持续刺激，而非仅在有需要时才触发刺激）。

微型探针技术

该探针的关键特点包括：微流控通道（允许在探针尖端输注纳升（nL）级别的药物（如TTX、红藻氨酸））；高密度微电极阵列（用于记录单个神经元的放电、锋电位和局部场电位）；超小尺寸（直径20-50微米，在植入和拔出时造成的组织损伤最小）；以及柔性-刚性结合的设计（刚性尖端用于记录/输注，柔性基部用于减少植入后的组织剪切）。

应用示例

帕金森病模型：在帕金森病（6-羟基多巴胺损伤）小鼠模型中，该探针被植入丘脑底核。在植入后4周内，可以记录到β振荡（13-35 Hz）的功率增加，这与帕金森病的运动症状相关。通过微流控通道输注红藻氨酸（一种谷氨酸受体激动剂，可兴奋神经元）后，β振荡的功率在几分钟内降低。这为局部药物输注缓解帕金森病运动症状提供了概念验证。

奖赏回路（伏隔核）：在自由摄食的小鼠中，探针被植入伏隔核（奖赏中枢）。在记录单个神经元放电活动时，通过微流控通道输注河豚毒素（TTX） 可阻止神经元放电，并同时导致小鼠停止按压杠杆以获取食物奖励。

慢性疼痛：慢性疼痛小鼠模型（坐骨神经慢性压迫伤（CCI））中，探针被植入前扣带回（疼痛的情感成分）。在输注MK-801（NMDA受体拮抗剂） 后，前扣带回神经元的放电活动减少，同时疼痛相关行为（舔爪、退缩阈值）减轻。

临床意义

1. 帕金森病的闭环深部脑刺激（DBS）：目前，深部脑刺激设备是“开环”的（持续刺激）。通过探针记录到的β振荡可作为生物标志物，用于触发闭环深部脑刺激（仅在β振荡功率超过阈值时才予以刺激），这有可能延长电池寿命并减少副作用。

2. 强迫症的个性化治疗：在强迫症患者中，可通过探针记录到的局部场电位（如θ振荡功率）来指导深部脑刺激的程序化设置。

3. 抑郁症的药物筛选：在抑郁症动物模型（如慢性社交挫败应激）中，该探针可用于测试新型抗抑郁药（如氯胺酮、赛洛西宾）对伏隔核神经元活动的影响。

局限性与未来方向

局限：

• 微流控输注与记录同时进行的技术难度：微流控输注产生的流体动力可能会产生电噪声，从而干扰记录质量。

• 输注体积较小（纳升范围）：该探针只能将药物输送到探针尖端附近（约100-200微米）的区域。

• 只能进行急性或亚急性输注：微流控通道在植入后数周至数月可能会被胶质细胞堵塞，因此不适用于长期（>1年）输注。

未来方向：

1. 闭环DBS系统：开发一种可植入的深部脑刺激设备，可同时记录β振荡并根据需要自动触发丘脑底核刺激。

2. 人类iPSC模型：将探针植入由人类诱导多能干细胞（iPSC）来源的微型脑（类脑器官），以测试药物对突触活动的影响。

结论

这项发表在《自然-神经科学》上的研究描述了一种新型微型探针，该探针可在自由活动的小鼠中同时记录深部脑区单个神经元的放电活动，并对其进行局部的药物操控。 通过集成微流控通道和高密度微电极，该探针可实现对神经回路的功能性解剖，并为开发神经精神疾病（包括帕金森病、强迫症、抑郁症、慢性疼痛）的闭环深部脑刺激疗法铺平了道路。