腦機接口離體芯片是在多通道微電極陣列(Microelectrode Array,MEA)上進行體外神經元培養,從而形成神經網絡與人造設備間的通訊機制,是腦機接口方向的一種典型直接神經接口,不僅可以實時獲取神經元的信息活動動態變化,為體外神經網絡信息檢測提供一種高通量、高信噪比和較好生物相容性的檢測工具,還能很好地與藥物調控、電調控等技術相結合來探究調控下神經系統的活動,在腦科學、腦機交互和生命健康領域具有重大科學意義和重要的應用前景。然而,離體神經元檢測與調控的高效器件和芯片的缺乏,許多腦功能在細胞與網絡層面的機制并不明確。通過新型納米復合材料的定向修飾能夠大幅度提升微電極陣列的相關性能,從而為設計并研制先進的腦機接口芯片提供重要思路。
據麥姆斯咨詢報道,近日,中國科學院空天信息創新研究院蔡新霞團隊和中國醫學科學院基礎醫學研究所許琪團隊合作,制備了一款用于高通道的微電極陣列,適用于體外培養神經元或腦切片的信息檢測與調控。結合了PEDOT:PSS/PtNPs納米功能材料,研制出低阻抗、小相位延遲、高電荷存儲容量、高最大電荷注入密度的腦機接口,可實現精準、安全的電調控海馬神經元產生刺激下的學習功能,并因其高時空分辨的能力記錄到神經元學習過程中電生理特征和記憶曲線,進而探究了大腦學習潛在的神經機制。相關成果以Supplementary Cover形式發表在領域重要期刊ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES上。
首先,研究人員通過微加工工藝制備了高通道的微電極陣列。材料方面選用了透明石英玻璃基底、Ti/Pt導電層、SiO?/Si?O?絕緣層和納米復合材料界面層。此外,電極陣列包含128個直徑為30μm的檢測位點,可檢測微弱的神經元信號。研究中對比了PEDOT:PSS、PEDOT:PSS/AuNPs和PEDOT:PSS/PtNPs三種納米復合材料的神經界面在神經調控與神經檢測方面的性能。PEDOT:PSS/PtNPs神經界面具有低阻抗、小相位延遲、高電荷存儲容量、高最大電荷注入密度、良好穩定性和生物相容性,有效提高微電極檢測與調控性能,有利于神經信號的調控與檢測。

圖1 用于研究腦功能的離體腦機接口平臺

圖2 MEA的制造和修飾示意圖
(a)基板清洗;(b)通過第一次光刻在基板上形成微電極、導線和接觸墊的圖案;(c)濺射Ti/Pt導電層;(d)剝離金屬層;(e)PECVD沉積絕緣層;(f)CHF?蝕刻暴露微電極和接觸墊;(g)PEDOT:PSS電化學沉積到微電極上;(h)PtNPs沉積到PEDOT:PSS層上;(i)高通道微電極陣列;(j)微電極的內部布局。
為了確認激活神經元的最佳電刺激模式,多種參數的電刺激被應用于海馬神經元。如圖3所示,通過評價刺激后神經元的尖峰放電速率、局部場電位功率和刺激后事件直方圖(PSTH)。確定了幅度為±300mV、脈寬為200μs、頻率為1Hz的雙極性電壓脈沖序列是能夠激活神經元學習的有效模式。

圖3 不同頻率電刺激對海馬神經元點活動的影響
(a)刺激前、0.2Hz刺激后、1Hz刺激后和5Hz刺激后神經元尖峰和LFP功率信號的變化;(b)刺激前、10Hz刺激后、20Hz刺激后和50Hz刺激后神經元尖峰和LFP功率信號的變化;(c)1Hz刺激的刺激后事件直方圖;(d)0.2Hz刺激的刺激后事件直方圖。
進一步研究發現,海馬神經元在多個訓練電脈沖序列以后表現出學習逐漸加深的特征,在神經電生理上具體表現神經元放電越來越趨向簇狀放電的情況(圖4)。

圖4 海馬神經元在學習訓練后的電生理特征
(a)訓練前、第一次訓練后、第二次訓練后和最后一次訓練后的尖峰放電圖;(b)訓練前、第一次訓練后、第二次訓練后和最后一次訓練后海馬神經元的聯合尖峰間隔分布圖。
并且神經元學習后,可培養在多通道微電極陣列上的神經元活動之間的相關性與同步性(圖5a和5b)。通過以上結論,研究人員推斷出神經元在學習過程中它們之間的聯系在不斷的加深,就如同人在學習事物時,大腦不同區域產生協同作用最終將事物記下。
此外,研究發現,在撤去誘導神經元學習的訓練后,神經元依然能保持著刺激引發的高簇狀放電的特征(圖5c)。這貼合人類學習一件事情的記憶曲線。

圖5 學習訓練后海馬神經元之間放電的同步性,以及神經元尖峰和爆發放電的記憶曲線
(a)網絡同步指標動態變化的過程;(b)不同階段的歸一化平均同步指數(n=30,***p<0.001);(c)訓練期間和訓練后四小時的射擊率和爆發率(n=5)。
總體而言,基于PEDOT:PSS/PtNPs的高通道微電極陣列組成的腦機接口離體芯片具有良好的生物相容性,與活體腦機接口芯片相比倫理道德的束縛更小,作為重要的研究工具在腦重大疾病、新型藥物研制、新一代人工智能和器官芯片等諸多重要研究領域具有更加廣闊的應用前景。
論文鏈接:
https://doi.org/10.1021/acsami.1c23170
審核編輯 :李倩
相關推薦
例如,LTC6373就是一款適用于高精度數據采集系統的PGIA。除了全差分輸出,它還具有高直流精度、低噪聲、低失真(見圖2)以及4 MHz的高帶寬,增益為1/4~16。ADC可以通過它直接驅動,因此適合許多信號調理應用。
發表于 12-06 15:46
?99次閱讀
?FNIRSI-1013D是FNIRSI推出的一款功能全面,針對于維修行業和研發行業人群的高性價比雙通道平板示波器,雖然它已經對外售賣一段時間了,但我還是決定購買一個示波器,拆解一下,并在硬件的角度
發表于 11-23 10:14
該項研究中,為了對人類自主神經應激模式進行記錄,研究人員開發了一種非侵入式、表面粘附電極陣列。通過采用氯化銀作為電極材料,并將其與一個電極陣列相結合,該電極陣列由定制的生物電位數據采集單元和集成圖形
發表于 11-22 09:48
?201次閱讀
NCP1256,一款用于離線轉換器的微型控制器
發表于 11-15 19:26
?0次下載
如何設計一款適用于各類電池尺寸、電壓和外形的電池測試儀
發表于 10-28 12:00
?0次下載
電子傳感器可以實現高時間分辨率的無標記、多通道信號采集。它們可以進一步集成在柔性、多孔支架上以支配組織,索回其他技術難以獲取的深層組織信息。然而,目前的電子傳感器(如微電極和晶體管陣列)僅限于探測電或機械響應的單一屬性。
發表于 08-30 09:26
?305次閱讀
Anokiwave 的 AWMF-0116 是一款用于工作頻率為 26 至 30 GHz 的有源可控天線陣列 (AESA) 的 Ku 波段硅芯 IC。它具有集成的 PA、LNA、6 位
發表于 08-20 10:56
通泰TTP250-S001是一款用于LED燈亮度調節的觸摸芯片,此芯片可通過Option選項選擇無段調光或四段調光功能,可用于LED臺燈、LED壁燈等照明產品。
發表于 06-23 10:08
?3179次閱讀
這是一款高集成高性能應用于電子的控制器。不同于以往的MCU方案,控制芯片采用ASIC設計,不會發生死機現象,也不會出現因低于臨界電壓而引起的芯片無法復位的現象??刂破鱥c內部集成有MOS管以及穩壓管,制作方便,功率損耗低,而且外圍元件極少,僅需要一顆LED燈和一顆電容即可。系統成本低。
發表于 04-25 11:26
?195次閱讀
推薦幾款性能超凡的RK3399板子,哪一款實力最強?你最喜愛哪一款?
發表于 03-07 06:46
如何制作一款振動試驗夾具?
發表于 01-18 07:21
如何制作一款HID鍵盤?
發表于 01-18 06:41
為什么要用擴展塢?如何設計一款品質合格的擴展塢?
發表于 01-14 06:31
介紹一款專門用于串口下載程序的下載軟件
發表于 12-06 06:26
Howland電流源有何優點?怎樣去設計一款Howland電流源電路?
發表于 09-27 07:06
MS8124N 是瑞盟科技推出的一款應用于車載音頻系統的‘地’隔離放大器。芯片可以很好地解決汽車音頻系統中的繞線電阻問題,以及由車載電子設備帶來的噪聲問題。另外,芯片所需要的外圍電容小,而且集成
發表于 09-13 14:46
最近發現一款適用于STM32的UI設計軟件,界面炫酷,操作方便,經過幾天的摸索,終于將TouchGFX+STM32CubeMX+STM32CubeIDE創建項目工程的全過程走通。在安裝
發表于 08-04 07:00
本篇博客主要是針對網上店家賣的各種類型AD轉換模塊有些小貴,所以著重介紹了如何自己制作一款AD轉換模塊,并且通過FPGA進行控制,實時采集模擬量。所設計的AD模塊為單通道 12bit AD 采集模塊
發表于 07-27 07:13
`` 本帖最后由 dodo1999 于 2021-6-28 11:29 編輯
TPD1E01B04 是一款適用于 USB Type-C 和 Thunderbolt 3 電路保護的雙向 TVS
發表于 06-28 11:18
分享一款不錯的基于高通QCA4024的雙模全自動智能門鎖Turnkey解決方案
發表于 06-15 06:19
分享一款不錯的基于NCV1362應用于電機逆變器的高壓輔助電源方案
發表于 06-10 08:47
筆者針對市場客戶的需求,設計并實現了一款以TVP5150為視頻輸入解碼器、以PCMl801為音頻輸入采集電路、以TMS320DM642型DSP為核心處理器的多路視頻采集兼壓縮處理PCI板卡,并將其應用于構建高穩定性、高魯棒性的多媒體數字監控系統,取得了較好的社會效益和經濟效益。
發表于 06-08 06:56
求大佬分享一款適用于激光及MRI的寬帶LDMOS晶體管
發表于 06-08 06:29
分享一款不錯的標準以外的高功率PoE解決方案
發表于 05-28 06:59
本文介紹一款能滿足業余要求的高穩定發射器。
發表于 05-27 06:27
本文設計一款抗干擾性強、速率高的無線調制解調器,保證無線測控系統的性能。
發表于 05-20 06:27
本文將給大家介紹一個用于48×64 OLED陣列的測試夾具。
發表于 05-12 07:08
分享一款不錯的寬范圍高穩晶振頻率穩定度測試系統的設計
發表于 05-10 06:41
怎么設計一款基于FPGA的多種分頻設計?
發表于 05-08 07:06
分享一款不錯的SDRAM接口的VHDL設計
發表于 05-08 06:04
怎么設計一款測壓系統信號?
發表于 05-06 06:56
分享一款SENT碼測試方案
發表于 04-30 06:59
請問如何設計一款用于低噪聲恒流電荷泵的誤差放大器EA?
發表于 04-21 06:03
請求大佬分享一款用于物體探測與統計的電路設計
發表于 04-14 06:42
請問如何設計一款溫度測量處理變送器?
發表于 04-14 06:11
近日有不少的消息顯示,高通似乎正在準備著一款全新的芯片,目前vivo、OPPO等部分搭載了該款芯片的機型跑分均已被曝光。
發表于 01-19 15:57
?1469次閱讀
近日,澳大利亞墨爾本莫納什大學研究人員開發出一款仿生眼,此款仿生眼通過結合智能手機式電子設備和植入大腦的微電極可使盲人恢復視力。
發表于 09-23 16:00
?1405次閱讀
在一篇發表在《Lab on a Chip》期刊的論文中,LLNL 實驗室研究人員表示,他們創建的 3D 微電極陣列(3DMEA)平臺能夠維持數十萬人類神經元存活,并使它們在 3D gel 中連接和溝通。此外,使用他們開發的薄膜式微電極陣列可以在長達 45 天內無創記錄放電和脈沖。
發表于 09-20 09:15
?1377次閱讀
BCT4221是一款高帶寬,快速雙刀雙擲(DPDT)模擬開關。 其寬帶寬和低位到位偏斜使它能夠以良好的信號完整性傳遞高速差分信號。每個開關都是雙向的,幾乎不衰減或不衰減高速信號。 行業領先的優勢包括
發表于 09-17 13:43
LT3498是一款雙通道升壓轉換器,采用單個3mm + 2mm DFN封裝,具有LED驅動器和OLED驅動器。 LED驅動器設計用于從鋰離子電池驅動多達六個串聯的白光LED
發表于 07-14 13:39
采用LT1768的演示板DC354是一款用于調節高功率雙CCFL顯示器電流的完整解決方案。單個輸入源(DC或PWM)通過獨特的多模調光方案控制CCFL電流
發表于 06-12 15:16
具有使能功能的AP7340 150Ma高Psrr低噪聲LDO的典型應用。 AP7340是一款低壓差穩壓器,具有高輸出電壓精度,低RDSON,高PSRR,低輸出噪聲和低靜態電流。該穩壓器基于CMOS工藝
發表于 06-02 16:48
`FT6100系列多通道電子負載陣列為費思基于多年電力電子測試應用經驗,而開發的一款高精度、高可靠性、高集成度、全功能的多通道可編程直流電子負載產品。產品為集成應用量身定制,極具性價比。在絕大部分
發表于 05-09 10:13
BCT4221是一款高帶寬,快速雙刀雙擲(DPDT)模擬開關。 其寬帶寬和低位到位偏斜使它能夠以良好的信號完整性傳遞高速差分信號。每個開關都是雙向的,幾乎不衰減或不衰減高速信號。 行業領先的優勢包括
發表于 04-15 09:38
求一款用于通信硬件的開發工具
發表于 10-22 10:19
典型應用降壓配置中的模擬調光,當VIN2超過150V時,用于RT8485高壓大電流LED驅動器控制器,用于降壓,升壓或降壓 - 升壓拓撲。 RT8485是一款電流模式PWM控制器,設計用于驅動外部MOSFET,用于高電流LED應用
發表于 10-21 08:35
用于降壓和升壓或降壓 - 升壓拓撲的RT8475高壓大電流LED驅動器控制器的升壓配置中的典型應用模擬調光。 RT8475是一款電流模式PWM控制器,設計用于驅動外部MOSFET,用于高電流LED應用
發表于 10-18 08:38
用于降壓,升壓或降壓 - 升壓拓撲的RT8462高壓大電流LED驅動器控制器的降壓 - 升壓配置的典型應用模擬調光。 RT8462是一款電流模式PWM控制器,設計用于驅動外部MOSFET,用于高電流LED應用
發表于 10-18 08:36
用于降壓配置的典型應用模擬調光用于RT8462高壓大電流LED驅動器控制器,用于降壓,升壓或降壓 - 升壓拓撲。 RT8462是一款電流模式PWM控制器,設計用于驅動外部MOSFET,用于高電流LED應用
發表于 10-18 08:35
典型應用降壓 - 升壓配置中的模擬調光,用于RT8475高壓大電流LED驅動器控制器,用于降壓和升壓或降壓 - 升壓拓撲。 RT8475是一款電流模式PWM控制器,設計用于驅動外部MOSFET,用于高電流LED應用
發表于 10-16 08:39
典型應用降壓 - 升壓配置模擬調光,用于RT8485高壓大電流LED驅動器控制器,用于降壓,升壓或降壓 - 升壓拓撲。 RT8485是一款電流模式PWM控制器,設計用于驅動外部MOSFET,用于高電流LED應用
發表于 10-16 08:35
典型應用降壓 - 升壓配置模擬調光,用于RT8482高壓大電流LED驅動器控制器,用于降壓 - 升壓或降壓 - 升壓拓撲。 RT8482是一款電流模式PWM控制器,設計用于驅動外部MOSFET,用于高電流LED應用。當電流檢測放大器閾值為190mV時,LED電流可通過一
發表于 10-14 08:47
具有斷開開關的升壓典型應用于A8509高效率4通道WLED驅動器。 A8509是一款多輸出白光LED驅動器,用于LCD面板背光。它集成了電流模式升壓控制器和四個獨立的電流吸收器。升壓控制器架構允許
發表于 09-20 08:41
EVAL-AD7718EB,評估板使用AD7718,8 / 10通道,24位sigma delta模數轉換器。 AD7718是一款完整的模擬前端,適用于低頻測量應用。 AD7718經過工廠校準,因此
發表于 09-16 10:42
用于降壓 - 升壓或降壓 - 升壓拓撲的RT8452高壓大電流LED驅動器控制器的降壓 - 升壓配置的典型應用模擬調光。 RT8452是一款電流模式PWM控制器,設計用于驅動外部MOSFET,用于高
發表于 09-04 08:39
用于降壓 - 升壓或降壓 - 升壓拓撲的RT8452高壓大電流LED驅動器控制器的升壓配置中的典型應用模擬調光。 RT8452是一款電流模式PWM控制器,設計用于驅動外部MOSFET,用于高電流
發表于 09-03 08:43
典型應用用于RT8452升壓配置的真PWM調光用于降壓 - 升壓或降壓 - 升壓拓撲的高壓大電流LED驅動器控制器。 RT8452是一款電流模式PWM控制器,設計用于驅動外部MOSFET,用于高電流
發表于 08-30 08:37
EVAL-AD7785EBZ,AD7785評估板,是一款低功耗,20位sigma-delta ADC。 AD7785是一款完整的模擬前端,適用于低頻測量應用
發表于 08-23 08:37
ADI公司推出一款四通道X/Ku頻段波束賦形IC,可實現相控陣模擬波束賦形的商業化。本演示利用兩個波束賦形IC形成一個八通道線性陣列。
發表于 07-04 06:12
?1529次閱讀
`求一款針對音頻通道切換的芯片,要求一進兩出,可切換芯片,可以通過軟件來實現輸出通道選擇。`
發表于 05-10 14:57
尊敬的TI工程師:您好!因項目設計需要一款高性能的AD,分辨率為24位,4~8通道,采樣速率在每秒2M~5M之間的高速、高精度AD芯片,本人在貴公司的《TI模擬信號鏈路產品指南》,仔細尋找了也找不到符合要求的,請求貴公司的工程師能不能推薦幾款這樣的AD芯片。謝謝!
發表于 03-04 07:46
幫忙推薦一款適用于海上地震勘探的24位低功耗ADC ,感謝?。?!
發表于 01-15 11:21
請大家給推薦一款集成整個接收通道的芯片,集成度越高越好,射頻接收頻段為L波段,最好為非零中頻架構,謝謝。
發表于 12-20 09:26
MS522 是一款應用于13.56MHz 非接觸式通信中的高集成度讀寫卡芯片 描述MS522 是一款應用于13.56MHz 非接觸式通信中的高集成度讀寫卡芯片,它集成了在13.56MHz 下所有類型
發表于 11-02 15:03
的傳感器,這種傳感器能夠分辨出一滴血清中癌癥相關分子的存在。 這種被稱為AcuRay芯片的裝置由排放在一張薄膜上的電極陣列構成。當電極陣列上給予一個電流時,會發出特定音頻的嗡嗡聲。這個技術本身并不新,但
發表于 10-26 16:44
求推薦一款高帶寬差分放大器,G=+12dB,±5V供電,輸入信號范圍在±1V內,輸出±4V,頻率范圍在DC~200MHz,最好在這個范圍內具備0.1dB平坦度,可適當放寬至0.5dB。謝謝
發表于 10-15 09:15
急求一款+-15v供電 16位單通道的spi接口的DAC轉換器?。?!
發表于 10-01 08:47
麻煩提供一款單通道24位AD,采樣速率100k,謝謝!如果能提供相應的CPU和開發板就更好了。
發表于 09-27 14:11
能否為我推薦一款用于光學溶解氧測量的雙路LED驅動芯片?該芯片輸出雙路的矩形脈沖信號輪流點亮兩只LED,芯片的封裝盡可能簡單最好是SOT23-6,謝謝(光學溶解氧測量的示意圖如下)
發表于 09-11 10:42
`LTC?2357-18 是一款 18 位、低噪聲、4 通道同時采樣逐次逼近型寄存器 (SAR) ADC,其具有緩沖差分、寬共模范圍 pA 級輸入。該SoftSpan? ADC 依靠一個 5V
發表于 08-14 09:33
5月31日消息,據國外媒體報道,高通公司宣布推出Snapdragon XR1平臺,這是其第一款專門用于增強和虛擬現實應用的芯片。
發表于 08-07 11:17
?873次閱讀
麻煩推薦一款AD,用來處理濱松的一款TDI CCD,不勝感激!
發表于 08-02 06:39
經顱磁刺激是一種無痛、無創的神經刺激技術,近年來在醫學上被廣泛使用。與傳統單通道磁刺激線圈相比,多通道線圈陣列可以實現多點同步刺激、掃描刺激以及刺激模式的靈活切換,因此具有更好的發展前景。但由于線圈
發表于 12-27 09:47
?0次下載
鎳,銅,金,鎳-磷,金錫合金基體:氧化鋁,氮化鋁,玻璃,硅片,壓電陶瓷,微波介電陶瓷,塑料薄膜。用于濕度,空氣,液體特征等傳感器。中山大學電子封裝電化學實驗室,叉指電極定制加工精度線寬線距可5微米定制
發表于 09-19 09:54
` 叉指電極是通過電化學工藝加工獲得超精細電路,線寬線距大于等于(50,50μm)。作為傳感器,聲表面波濾波器,微波射頻等電信號傳輸核心部件,廣泛應用于移動通信、醫療檢測、環境在線監測等重
發表于 09-07 10:54
我急需一款FPGA和可以連接的ADC和DAC模塊,FPGA不需要太高端,ADC要求至少12位,采樣率幾MHz都可以,DAC要求至少4通道,14位的。主要用于數字信號處理方面的FFT運算和數值比較。求大神推薦,謝謝!
發表于 12-07 12:42
` 本帖最后由 雨山 于 2016-2-16 15:55 編輯
一款用于視頻圖像傳輸的收發模塊可搭配于智能小車,四軸航拍,可視門鈴,倒車監控等應用場景。無需wifi,性能可靠,可電腦查看視頻或者cvbs信號彩屏,攜帶方便,小巧精致。聯系QQ 839602830`
發表于 12-03 10:14
急求一款ARM9內核LQFP封裝的處理器,用于數控,求各位大神幫幫忙??!
發表于 06-12 16:16
本人想做一款皮膚水分測試儀,求一款裸片MCU,OTP的,帶AD,可驅動lcd模塊,價格一塊以內
發表于 03-17 19:25
電子發燒友網站提供《一款高數計算器exe軟件.exe》資料免費下載
發表于 10-15 15:11
?24次下載
微電極是60年代發展起來的并在電化學及電分析化學中顯示了廣闊的應用前景.隨著電化學及微系統相關技術的迅猛發展,微電極在生物電化學,能源電化學,光譜電化學,毛細管電泳
發表于 05-27 15:25
?36次下載
ADuM2402 ADI推出一款四通道數字隔離器
ADuM2402是一款四通道數字隔離器,同光電耦合器等道統器件相比,它具有出色的性能特性。由于
發表于 11-13 09:34
?1075次閱讀
研究了聚苯胺修飾微電極的制備以及對溶液pH 值的響應. 討論了不同聚合條件下所得到的聚苯胺膜對電極響應時間,測量的穩定性和使用壽命的影響. 在溶液的pH = 2 - 12 范圍內,該電極
發表于 06-26 10:53
?28次下載
主要是對微電極性能及其在各個領域的應用如毛細管電泳2電化學檢測、掃描技術、傳感器、能源及光譜電化學等作了較為全面的評述.關 鍵 詞: 微電極; 納米電極; 電化學
發表于 06-20 10:57
?27次下載
陣列通道幅相不一致性嚴重影響測向性能?;谳o助源的相關校正理論,研究了通過在天線饋電口輸入輔助信號,再對信號求相關來實現對陣列通道不一致性的校正;并分析了基
發表于 03-04 22:23
?20次下載
評論