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清醒活动大鼠双脑区位置细胞放电信息探测与交互分析

李明 徐威 徐兆杰 莫凡 杨固成 吕诗雅 罗金平 金鸿雁 刘军涛 蔡新霞

李明, 徐威, 徐兆杰, 莫凡, 杨固成, 吕诗雅, 罗金平, 金鸿雁, 刘军涛, 蔡新霞. 清醒活动大鼠双脑区位置细胞放电信息探测与交互分析[J]. 电子与信息学报, 2025, 47(8): 2850-2858. doi: 10.11999/JEIT250024
引用本文: 李明, 徐威, 徐兆杰, 莫凡, 杨固成, 吕诗雅, 罗金平, 金鸿雁, 刘军涛, 蔡新霞. 清醒活动大鼠双脑区位置细胞放电信息探测与交互分析[J]. 电子与信息学报, 2025, 47(8): 2850-2858. doi: 10.11999/JEIT250024
LI Ming, XU Wei, XU Zhaojie, MO Fan, YANG Gucheng, LV Shiya, LUO Jinping, JIN Hongyan, LIU Juntao, CAI Xinxia. Detection and Interaction Analysis of Place Cell Firing Information in Dual Brain Regions of Awake Active Rats[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2025, 47(8): 2850-2858. doi: 10.11999/JEIT250024
Citation: LI Ming, XU Wei, XU Zhaojie, MO Fan, YANG Gucheng, LV Shiya, LUO Jinping, JIN Hongyan, LIU Juntao, CAI Xinxia. Detection and Interaction Analysis of Place Cell Firing Information in Dual Brain Regions of Awake Active Rats[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2025, 47(8): 2850-2858. doi: 10.11999/JEIT250024

清醒活动大鼠双脑区位置细胞放电信息探测与交互分析

doi: 10.11999/JEIT250024 cstr: 32379.14.JEIT250024
基金项目: 国家自然科学基金(T2293730),中国科学院科研仪器设备研制项目(PTYQ2024BJ0009),中国科学院联合基金项目(8091A170201)
详细信息
    作者简介:

    李明:男,博士生,研究方向为在体脑机接口微纳传感器、生物空间导航

    徐威:男,博士生,研究方向为目标导航神经信息检测与无线脑机接口系统

    徐兆杰:男,博士,研究方向为基于MEMS工艺的空间认知神经微纳电极阵列

    莫凡:男,博士,研究方向为空间认知脑机接口微系统研制

    杨固成:男,博士,研究方向为基于微纳电极阵列的头朝向细胞

    吕诗雅:女,博士生,研究方向为基于柔性微纳电极阵列的生物空间导航

    罗金平:女,博士,副研究员,硕士生导师,研究方向为植入式微电极阵列神经信息检测与调控

    金鸿雁:女,博士,副研究员,研究方向为生物信息动态检测智能管理系统

    刘军涛:男,博士,副研究员,硕士生导师,研究方向为生物医学检测及智能检测系统研制及应用

    蔡新霞:女,博士,研究员,博士生导师,研究方向为微纳生物传感器与系统

    通讯作者:

    蔡新霞 caixx@aircas.ac.cn

  • 中图分类号: TN4

Detection and Interaction Analysis of Place Cell Firing Information in Dual Brain Regions of Awake Active Rats

Funds: The National Natural Science Foundation of China (T2293730), The Research and Development Projects of Scientific Research Instruments and Equipment of the Chinese Academy of Sciences (PTYQ2024BJ0009), Joint Foundation of the Chinese Academy of Sciences (8091A170201)
  • 摘要: 连续探测自由活动大鼠的神经活动对于研究大脑功能具有重要意义,但同时也是一个挑战。该文研究旨在通过双脑区探测提供全面的大脑活动信息。为此,设计了一种符合双脑区形状的四探针微电极阵列(MEA),并使用聚吡咯/银纳米线(PPy/AgNW)纳米复合材料进行表面修饰。优化后,PPy/AgNW纳米复合材料修饰的MEA展现出低阻抗(53.01 ± 2.59 kΩ),增强了信号采集性能。进一步研究了PPy/AgNW纳米复合材料修饰的MEA的稳定性。经过1000次循环伏安扫描后,电容保持率为92.51% ± 2.21%,阻抗未显著增加,表明其具有长期体内探测的高稳定性。MEA植入大鼠相应脑区后不影响其自由活动,并成功检测到连续两周的空间认知过程中尖峰信号和局部场电位信号,确认了记录神经元中存在位置细胞。为了评估神经元动态的变化,我们计算了神经元之间的互信息、特别关注单脑区内以及双脑区之间的交互信息。在初始记忆阶段,观察到双脑区间显著的信息交换,可能与记忆存储有关。总之,本研究成功地使用纳米材料修饰的MEA实现了对移动大鼠双脑区的动态探测,揭示了参与空间记忆过程的神经动态。这一见解对于更深入地理解大脑活动机制和相关疾病具有重要意义。
  • 图  1  MEA的制备与改性以及植入手术

    图  2  PPy/AgNW纳米复合材料的修饰与表征

    图  3  PPy/AgNW修饰MEA在体内长期探测的稳定性

    图  4  同时从两个大脑区域记录的示例神经元活动

    图  5  第1天、第5天和第14天BC和CA1脑区的位置细胞动态

    图  6  BC和CA1脑区间在第1天、第5天和第14天的信息流动态

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出版历程
  • 收稿日期:  2025-01-10
  • 修回日期:  2025-04-01
  • 网络出版日期:  2025-05-12
  • 刊出日期:  2025-08-27

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