Pada tahun 2017, perusahaan teknologi digital Belgia IMEC, bekerja sama dengan Institut Medis Howard Hughes (termasuk Kampus Penelitian Janelia), mengumumkan probe Neuropiksel, alat untuk merekam aktivitas sel otak atau neuron. .. “Perangkat Neuropiksel telah merevolusi bidang ilmu saraf,” kata Dr. Angelique Paulk, ahli saraf dan ahli elektrofisiologi yang merupakan peneliti dan penulis utama studi di Pusat Neuroteknologi dan Pemulihan Saraf MGH. ..

Teknik awal untuk merekam aktivitas saraf umumnya mengandalkan elektroda yang relatif besar yang dimasukkan ke dalam otak. “Mereka dapat mengambil sampel aktivitas dari ribuan sel otak sekaligus, tetapi menghasilkan pandangan yang kabur,” kata Paulk. Dia beralih ke analogi audio untuk menjelaskan kualitas rekaman pada perangkat lama. Bayangkan berdiri di tengah-tengah stadion sepak bola yang penuh sesak dan mendengarkan raungan penonton. Sebaliknya, probe Neuropixels jauh lebih kecil, tetapi memiliki resolusi yang jauh lebih baik. “Sebaliknya, ini seperti merekam ratusan suara individu, masing-masing menggunakan mikrofonnya sendiri,” kata Paulk.

Namun, probe Neuropixels asli dirancang sebagai alat penelitian untuk digunakan pada hewan laboratorium kecil seperti tikus. Ahli saraf dengan cepat menjadi tertarik pada alat yang dapat digunakan untuk mempelajari otak manusia, tetapi ini membutuhkan beberapa perubahan. Misalnya, probe Neuropixels asli rapuh dan rentan untuk digunakan di otak manusia yang besar, jadi harus lebih tebal. Namun, kata Paulk, lebar probe hanya sekitar tiga helai rambut.

Sasaran Ilmu Saraf Alam Laporan itu untuk mengembangkan teknik untuk menggunakan probe Neuropiksel yang dimodifikasi untuk merekam aktivitas otak pada pasien manusia yang menjalani bedah saraf di ruang operasi. Sembilan pasien yang sudah dijadwalkan untuk menjalani bedah saraf untuk mengobati beberapa kondisi yang berbeda telah setuju untuk mengizinkan ahli bedah saraf MGH untuk merekam aktivitas otak selama operasi.

Sebuah tim yang mencakup ahli epilepsi Sydney Cash, MD, PhD dan ahli bedah saraf Ziv Williams, MD mengalami tantangan saat menggunakan probe Neuropixels pada manusia karena kegagalan enam upaya untuk merekam aktivitas otak. .. Namun, mereka berhasil merekam aktivitas otak ketiga pasien tersebut. Satu menerima pengobatan untuk epilepsi dan dua lainnya menerima implan yang memberikan stimulasi otak dalam untuk pengobatan gangguan gerakan. Pada salah satu pasien terakhir, tim mencatat aktivitas 202 neuron individu.

Mengapa penting untuk merekam perilaku neuron individu? “Berkat alat resolusi tinggi yang baru, kami menemukan bahwa jenis sel yang berbeda melakukan sesuatu yang sangat menarik,” kata Paulk. Misalnya, neuron rangsang menghasilkan sinyal, sedangkan neuron penghambat memperlambat atau menghentikan sinyal. Probe kecil yang sudah tersedia dapat merekam aktivitas satu atau dua neuron, tetapi “itu berarti mereka tidak benar-benar menangkap keragaman jenis sel,” kata Paulk. “Mampu mengambil sampel 200 sel pada saat yang sama menunjukkan bagaimana sel berkomunikasi satu sama lain. Interaksi khusus itulah yang membuat sirkuit otak bekerja.”

Komunikasi decoding antara neuron menggunakan probe Neuropiksel dan alat lain dapat mengarah pada penemuan baru tentang kondisi neurologis seperti epilepsi dan bagaimana sel tumor menyerang sel yang berdekatan di otak. Gunakan otak mereka untuk mengoperasikan komputer dan perangkat robot yang memungkinkan mereka hidup lebih mandiri. Pada akhirnya, teknologi baru ini memiliki potensi untuk memberikan wawasan berharga tentang esensi kognisi, seperti bagaimana kita membentuk pikiran kita dan memandang dunia di sekitar kita.

Paulk adalah instruktur neurologi di Harvard Medical School (HMS). Cash adalah profesor neurologi di HMS dan mengepalai Lab Kas di Pusat MGH untuk Neuroteknologi dan Pemulihan Saraf. Williams adalah profesor bedah saraf di HMS dan memimpin Williams Lab di Pusat Perbaikan Sistem Saraf HMS.

Pekerjaan ini didukung oleh Tiny Bluedot Foundation, National Institutes of Health, Simons Foundation, dan Howard Hughes Medical Institute di Stanford University.