近年来，已经可以利用光遗传学技术通过从生物体外照射光线来控制神经细胞的活动。然而，既往的光纤方法仅限于控制单一神经群，难以同时精确操控多个区域。由于仅靠光学刺激无法完全解析神经网络中信息处理和传播的复杂机制，因此迫切需要一种能够以高分辨率测量和诱发神经活动的技术。
日本丰桥技术科学大学电气与电子信息工程系的关口宽人副教授、电气与电子信息工程专业硕士研究生筱原豪太，以及东北大学研究生院药学研究科的佐佐木拓哉教授和鹿山将特任研究员等，成功开发出能在生物组织深处高精度控制神经活动，并实现多点同时记录神经活动的集微型LED和神经电极于一体的混合探针。研究团队使用这种新型混合探针，成功以高空间和高时间分辨率记录了小鼠大脑中光刺激诱导特定神经活动的过程。这一成果有望使人类对神经网络的理解发生极大飞跃。相关研究成果已发表于《Applied Physics Express》网络版。
图1.微型LED与神经电极相集成的混合探针，能够同时实现特定部位光刺激和多点神经活动记录（供图：丰桥技术科学大学）
近年来，利用微型LED的多点光刺激器件使得分布控制多组神经元成为可能，有望推动对神经网络动态特性的理解产生飞跃性进步。
此次研究团队开发了一种可同时在生物体内进行深度光刺激和神经活动记录的混合集成微型LED和神经电极的新型针状器件。微型LED探针可对特定部位进行光照射，而神经电极探针则负责测量神经活动的电信号。
这种探针可独立制造，精确调整每个探针并通过Au微凸块将它们高精度连接起来。借助高精度的Au微凸块控制技术，团队可以将LED和电极之间的间隙调节至10微米级别，从而实现了高空间分辨率。同时，探针的接合角度误差小于0.02度，确保了其出色的平行性，使其能够顺利穿透小鼠大脑深部。此外，研究团队还将搭载6个微型LED和6个神经电极的混合探针植入小鼠大脑，实现了对特定部位的光照射以及周边神经活动的诱发和记录。
这种混合探针克服了既往光遗传学方法在空间上的限制，能够高度精确地控制和测量神经活动，为研究神经网络动态提供了强有力的工具，也为开发神经系统疾病治疗方法提供了新的可能性。未来，研究团队计划进一步整合更先进的多点刺激和记录功能，推动其在神经科学研究和医疗领域的实际应用。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Applied Physics Express
论文：Hybrid Probe
Combining MicroLED and Neural Electrode for Precise Neural Modulation and MultiSite Recording.
DOI：10.35848/1882-0786
