Single neuronal recordings using movable mircroprobes

使用可移动微探针进行单个神经元记录

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Neuroscientists have long recognized the significance of using microelectrode arrays for recording extracellular potentials from populations of neurons, for which a number of such devices have been developed so far. However, current implantable microelectrode technologies to monitor single neuronal function in-vivo often fail in chronic situations, likely due to mechanical drift in positioning mechanisms, micromotion of brain tissue and gliosis around the implant site. The overall goal of this competitive revision (Notice Number NOT-OD-09-058 and Notice Title: NIH Announces the Availability of Recovery Act Funds for Competitive Revision Applications) is to develop a reliable technology for recording electrical potentials from ensembles of single neurons and neuronal networks in chronic experiments. Our parent grant is focused on developing a novel microfabricated thermal microactuator and associated microelectrode technology in collaboration with Sandia National Laboratories to enable repositioning of microelectrodes after implantation. The flexibility to reposition the microelectrodes after implantation (in the event of a failure or otherwise) using microactuators will potentially increase the reliability and consistency of single-neuronal recordings in-vivo in chronic experiments with awake and behaving animals. This competitive revision will run concurrently with the last two years of the 4 year parent grant. The specific aims of this proposed 2-year effort are (a) to design, develop and test two novel core technologies for creating 3D stacks of microchips with moving mechanical parts that will allow us to build a 3D cluster of independently movable microelectrodes and b) to validate the most optimal 3D cluster of movable microelectrodes in chronic rodent experiments. We will use a combination of modeling and simulation, novel microfabrication and packaging techniques, bench-top testing and in vivo testing approaches for design, characterization and validation. Besides leading to novel discoveries in our own research into neuronal mechanisms of plasticity, this new technology will immediately impact several NIH funded grants of our collaborators. Independent evaluation and dissemination will be ensured with the help of collaborators doing in vivo experiments for understanding the mechanisms of memory retrieval and consolidation and memory deficits in aging, auditory physiology, cortical prostheses etc. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: Successful completion of the proposed project will result in the development of a novel technology that will allow us to reliably and consistently monitor the activity of individual neurons in the brain. Current technologies fail in long-term experiments and clinical situations. The proposed technology will therefore have a significant impact in improving the success of emerging brain prostheses technologies besides facilitating key discoveries in long-term Neurophysiological events.
描述(由申请人提供):神经科学家很早就认识到使用微电极阵列记录神经元群体的细胞外电位的重要性,迄今为止已经开发了许多此类设备。 然而,目前用于监测体内单个神经元功能的植入式微电极技术在慢性情况下通常会失败,这可能是由于定位机制的机械漂移、脑组织的微运动和植入部位周围的神经胶质增生所致。 本次竞争性修订的总体目标(通知编号 NOT-OD-09-058 和通知标题:NIH 宣布可用于竞争性修订申请的恢复法案基金)是开发一种可靠的技术,用于记录单个神经元和神经元群的电位。长期实验中的神经元网络。 我们的母基金主要用于与桑迪亚国家实验室合作开发一种新型微制造热微执行器和相关的微电极技术,以实现植入后微电极的重新定位。 使用微执行器在植入后(如果发生故障或其他情况)重新定位微电极的灵活性将有可能提高在清醒和行为动物的长期实验中单神经元体内记录的可靠性和一致性。 此次竞争性修订将与 4 年家长补助金的最后两年同时进行。 这项拟议的 2 年工作的具体目标是 (a) 设计、开发和测试两项新颖的核心技术,用于创建具有移动机械部件的 3D 微芯片堆栈,这将使我们能够构建独立可移动微电极的 3D 集群;b)在慢性啮齿动物实验中验证最佳的 3D 可移动微电极簇。 我们将结合建模和仿真、新颖的微加工和封装技术、台式测试和体内测试方法进行设计、表征和验证。 除了在我们自己的神经元可塑性机制研究中带来新发现之外,这项新技术还将立即影响我们合作者的多项 NIH 资助项目。 在合作者进行体内实验的帮助下,将确保独立评估和传播,以了解记忆检索和巩固的机制以及衰老、听觉生理学、皮质假体等中的记忆缺陷。 公共卫生相关性:拟议项目的成功完成将导致一项新技术的开发,该技术将使我们能够可靠且持续地监测大脑中单个神经元的活动。 当前的技术在长期实验和临床情况下会失败。 因此,除了促进长期神经生理学事件的关键发现之外,拟议的技术还将对提高新兴大脑假体技术的成功产生重大影响。

项目成果

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