智能動物手術機器人在北大段小潔課題組實現獼猴全腦神經監測的應用

近日，北京大學段小潔團隊在《Nature Neuroscience》上發表了一篇題為“A high-density 1,024-channel probe for brain-wide recordings in non-human primates”的研究論文，展示了一種高密度、1024通道神經探針——Neuroscroll探針。該探針由格羅貝爾生物公司代理的 BrainSight® Vet Robot 智能動物手術機器人規劃手術路徑，成功實現了非人靈長類動物整腦尺度神經活動的監測。這項工作的第一作者為北京大學博士后劉楊、博士生賈薈琳和特聘副研究員孫洪吉，通訊作者為北京大學研究員段小潔。

 

Neuroscroll探針：突破性的高密度神經記錄

 

Neuroscroll探針：突破性的高密度神經記錄

Neuroscroll探針的設計結合了高密度通道和靈活的記錄位點分布，使其能夠覆蓋非人靈長類動物的大腦尺度。探針長度可根據需求調節，從10 mm到90 mm不等，具有優異的穩定性和重復彎曲后的完整性。這使得Neuroscroll探針在多腦區神經活動的同步監測中展現了出色的性能。這種探針在大鼠上可實現長達兩年的穩定記錄，并在獼猴大腦中實現了從腦表面皮層至顱底全深度覆蓋的超700個單神經元活動的同時監測。

 

靈長類動物中的手術與記錄

在實驗中，團隊使用BrainSight® Vet Robot 智能動物手術機器人，通過預先規劃的手術路徑，成功地將Neuroscroll探針植入非人靈長類動物的大腦中。手術前，團隊先使用MRI和CT掃描進行圖像配準，以確保探針的精準定位。隨后，在手術機器人的輔助下，探針沿預定的解剖路徑以微米級精度插入目標腦區。

 

手術過程中，實驗對象被固定在手術機器人的立體定位裝置上，通過紅色激光掃描確定手術場景與圖像之間的3D坐標系統。隨后，團隊使用手術機器人精確控制探針的插入深度和方向，確保每根探針都準確地到達預定位置。

 

探針植入后，立即開始電生理記錄。使用1024通道的Intan記錄系統進行記錄，捕捉到大量單神經元的活動數據。為了驗證探針的位置，手術后還進行了CT和MRI掃描。

 

團隊進行了固視-掃視任務，猴子需要在屏幕上完成一系列視覺任務，同時記錄其大腦活動。這些數據對于理解大腦的感覺、運動和認知功能具有重要意義。

 

智能手術機器人的作用

BrainSight® Vet Robot 智能動物手術機器人在這個工作中起到了重要作用。通過手術機器人精確的手術路徑規劃和定位，確保了Neuroscroll探針的成功植入，提高了手術的安全性和數據采集的質量，使探針能夠準確地到達目標腦區，避免了傳統手術中可能出現的誤差和損傷。

 

 

 

這項研究展示了Neuroscroll探針和BrainSight® Vet Robot 智能動物手術機器人在神經科學研究中的巨大潛力。通過在非人靈長類動物中實現高時空分辨率、全腦范圍的神經活動記錄，研究人員能夠更深入地理解大腦的復雜功能和神經機制。這不僅有助于基礎神經科學研究，還可能推動在疾病治療和腦機接口等領域的應用。

 

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41593-024-01692-6