Allen Institute lança gravação de ondas cerebrais em overdrive com sonda de neuropixels

O Instituto Allen de Ciência do Cérebro de Seattle está compartilhando dados de 70 trilhões de bytes que documentam a atividade elétrica no cérebro de ratos, coletados por um novo tipo de sonda de silício que pode monitorar centenas de neurônios simultaneamente.

"A aplicação na qual estou mais interessado é decodificar os padrões de comunicação do cérebro e realmente entender como as informações são transmitidas entre as regiões", disse Siegle ao GeekWire."Quais são os protocolos de transmissão?"

Os neuropixels já produziram insights sobre o funcionamento interno do cérebro, disse Siegle. Nesta semana, o instituto deve publicar descobertas no servidor de pré-impressão BioRxiv que confirmam padrões hierárquicos de conectividade no cérebro.

O avanço principal está relacionado às centenas de eletrodos incorporados ao cérebro. sondas em forma de agulha do sistema de leitura.

Cada uma das seis sondas no sistema do instituto é quase tão fina quanto um fio de cabelo humano (70 mícrons) e mede menos de meia polegada (10 milímetros) de comprimento. Mas cada sonda contém 960 eletrodos que podem captar a atividade elétrica de redes de células cerebrais com precisão abaixo de milissegundos, uma vez implantados. Siegle disse que mais de 370 leituras podem ser gravadas por cada sonda a qualquer momento.

“Anteriormente, porque as ferramentas eram limitadas, estávamos gravando apenas em uma área dacérebro de cada vez ”, disse ele em um comunicado à imprensa."Mas são realmente as interações entre muitas áreas que geram percepções e decisões e todas as outras ações complexas que nossos cérebros nos permitem realizar." Siple disse o primeiro estudo de neuropixels do Instituto Allené baseado em mais de 50 experimentos conduzidos em ratos. Os experimentos se concentraram em interconexões envolvendo seis regiões do córtex visual e mais duas outras áreas do cérebro, o hipocampo e o tálamo. Graças aos neuropixels, os pesquisadores conseguiram monitorar a sinfonia dos impulsos elétricos que se espalhamo cérebro enquanto os ratos de laboratório processavam uma variedade de imagens e vídeos - incluindo a cena de abertura do filme clássico de Orson Welles, em 1958, "Touch of Evil".

Os mesmos visuais foram usados ​​em experiências anteriores para estudar visualem processamento."Queríamos manter os estímulos o mais semelhante possível ao que foi usado em nossos experimentos de imagem, para que pudéssemos tentar fazer o mais direta possível uma comparação entre as gravações de neuropixels e os dados de imagem", explicou Siegle.

Cada experimento monitorou a atividade de milhares de neurônios, adicionando um conjunto de dados que documenta como se comportam 100.000 células cerebrais. Isso ainda é apenas uma pequena fração dos 75 milhões de neurônios no cérebro do rato, mas é um grande avanço em relação aos métodos de monitoramento de neurônio por neurônio que foram usados ​​no passado.

"Existe um grande número de neurônios neste conjunto de dados cuja atividade nunca foi vista por um olho humano", disse Christof Koch, cientista chefe e presidente do Instituto Allen de Ciência do Cérebro."Esses dados são sem precedentes - e estamos divulgando-os publicamente e em um formato padronizado para que qualquer pessoa no planeta possa usá-los para sua própria descoberta."

Externamente,o dispositivo Neuropixels é semelhante a outro sistema de monitoramento cerebral desenvolvido pela Neuralink, um empreendimento apoiado pelo bilionário Elon Musk. Mas Siegle disse que os neuropixels são projetados para uma finalidade completamente diferente.

“A Neuralink otimizou sua tecnologia para implantar em pacientes cirúrgicos humanos - pessoas que têm quadriplegia e não conseguem mover seus membros, e precisam de uma interface direta paraseu cérebro para poder mover o braço de um robô e recuperar o controle sobre seus membros, potencialmente ”, disse ele."As sondas de neuropixels foram otimizadas especificamente como um dispositivo para pesquisa científica."

O lançamento de dados de hoje também adiciona dados transcricionais de cerca de 75.000 células cerebrais de camundongos e 50.000 células cerebrais humanas ao Banco de Dados de Tipos de Células Allen.O banco de dados para tipos de células de ratos agora cobre completamente o córtex e o hipocampo do cérebro, amostrando 25 regiões diferentes ao todo.

"Esses dados cobrem áreas do cérebro que, em humanos, desempenham papéis em condições que variam da doença de Alzheimer a distúrbios psiquiátricos", disse Hongkui Zeng, diretor executivo de ciência estruturada do Instituto Allen de Ciência do Cérebro."Definir os tipos de células nessas regiões é um primeiro passo importante para entender melhor as origens das doenças cerebrais."

Mas espere ... há mais: o release de dados inclui as primeiras leituras de plataformas personalizadas de "octopatch" deeletrodos que permitem que os pesquisadores monitorem padrões elétricos de até oito neurônios por vez.O método fornece outro caminho para estudar as conexões entre os neurônios vizinhos.

“Esses experimentos permitem ir além da compreensão dos tipos de células individuais e da compreensão dos sinais que são transmitidos entre essas células, o que, por sua vez, nos ajudarádefinir melhor os próprios tipos de células ”, disse Gabe Murphy, diretor associado de eletrofisiologia do Instituto Allen de Ciências do Cérebro.

O Instituto Allen foi lançado em 2003 com um compromisso de US $ 100 milhões em apoio do co-fundador da MicrosoftPaul Allen. Desde então, expandiu suas operações de ciência aberta, graças a contribuições adicionais de Allen, bem como o apoio de outros doadores privados, fundações e agências governamentais. Allen faleceu há um ano nesta semana, aos 65 anos.

Via: Geek Wire