🧠 3Brain MEA 实验完整指南
标签: #3Brain #MEA #电生理 #实验指南 #脑切片 #类器官 #神经元
本指南汇总 3Brain HD-MEA（高密度微电极阵列）在各类样本上的电生理记录方法，涵盖急性脑切片、类器官、神经元培养、视网膜切片、心肌细胞、3D 球体六大样本类型，以及信号采集、数据分析、药物干预和故障排查的完整流程。
📋 目录
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一、样本类型总览
📌 根据知识库文献整理，3Brain MEA 应用的样本类型如下：
| 🔬 样本类型 | 📝 英文名称 | 🎯 应用领域 |
|---|---|---|
| 🧫 神经元培养物 | Neuronal cultures | 神经发育、网络活动、毒性研究 |
| 🧠 类器官 | Organoids | 脑、视网膜、脊髓、心脏等多种类器官 |
| 🧊 急性脑切片 | Acute brain slices | 海马、皮质、小脑、纹状体等 |
| 👁️ 急性视网膜切片 | Acute retinal slices | 神经节细胞、视杆/视锥细胞 |
| 💓 心肌细胞 | Cardiomyocytes | 心脏毒性、心律失常 |
| 🔮 3D 球体 | Spheroids | 脑球体、肿瘤球体 |
| 💪 神经肌肉类器官 | Neuromuscular organoids | 肌肉恶病质、神经肌肉接头 |
二、样本处理与 HD-MEA 系统准备
1. 📋 样本处理标准流程
🧊 急性脑切片标准操作
| 阶段 | 操作详情 |
|---|---|
| 术前准备 | 动物适应 ≥1 周 | 器械灭菌：高压灭菌/酒精 | ACSF 配制：新鲜配制，充氧 |
| 麻醉 | CO₂ 吸入（快速）或 异氟烷吸入 | 确认麻醉：角膜反射消失 |
| 取材 | 快速断头 | 冰凉 ACSF 中取出脑 | 粘附切片：琼脂包埋（如需要） |
| 切片 | 振动切片机：VT1000S/VT1200S | 厚度 300-700 μm（根据研究）| 方向：冠状/水平/矢状 | 收集：预冷 ACSF |
| 恢复 | 高蔗糖保护液：35°C, ≥30 分钟 | 转移至记录槽 | 稳定：15-30 分钟 |
| 记录 | 温度：35-37°C 或室温 | 灌注：2-4 ml/min | 时长：5-30 分钟 |
🧠 类器官 MEA 记录标准流程
| 阶段 | 操作详情 |
|---|---|
| MEA 准备 | 清洗：1% Tergazyme, 37°C, 1h → 超纯水 ×3 → 70% 乙醇, 1h → 紫外线干燥 → 包被：PLO (50 μg/mL) 过夜 → Laminin (50 μg/mL) ≥2h |
| 类器官转移 | 宽口移液管（pre-wet）→ 轻柔转移至 MEA 中央 → 静置 2h 促进贴附 |
| 培养维持 | 第 1 天：20 μL 培养基每 2h 添加 → 第 2 天：2 mL 培养基 → 换液：每 2 周 |
| 记录前准备 | 培养基换新 → 37°C, 5% CO₂ 平衡 15 分钟 → 基础记录：5 分钟 |
| 记录参数 | 采样率 10 kHz → 滤波：100 Hz 高通 + 20-5000 Hz 带通 → 温度 37°C → 气体 5% CO₂ |
🧫 原代神经元培养 MEA 流程
| 阶段 | 操作详情 |
|---|---|
| 取材 | E18 胚胎鼠或 P0-P1 新生鼠 → 快速断头 → 取皮层/海马 |
| 细胞分散 | 胰酶消化：0.05-0.25%, 37°C, 15-20 分钟 → 终止：血清/DNA 酶 → 机械分散：火焰抛光电极 |
| 种植 | 密度 1-5×10⁵ cells/mL → 体积 100-200 μL/well → 包被板：PDL 或 PLO+Laminin |
| 培养 | 培养基：Neurobasal + B27 → 温度 37°C, 5% CO₂ → 半量换液：每 2-3 天 → 成熟 7-21 DIV |
| MEA 记录 | 记录时间点：DIV 7, 14, 21, 35 → 记录前换液：2h → 稳定时间：15-30 分钟 → 记录时长：5-20 分钟 |
2. 🧼 HD-MEA 清洗与包被
标准清洗流程（6 步）
| 步骤 | 操作 | 参数 |
|---|---|---|
| Step 1 | 去除组织残留 | 记录后立即处理 → 培养基/PBS 轻柔冲洗 → 去除切片/类器官 |
| Step 2 | Tergazyme 清洗 | 1% Tergazyme，200 μL/孔，37°C，1h → ⚠️ 仅通过边缘拿取，避免触碰芯片 |
| Step 3 | 漂洗 | 超纯水（≥18.2 MΩ·cm）×3 次 → 彻底去除清洗剂 |
| Step 4 | 消毒 | 70% 乙醇，1h |
| Step 5 | 干燥 | 紫外线照射 或 室温风干 |
| Step 6 | PBS 浸泡 | PBS 溶液，过夜（室温） |
包被方案选择
| 方案 | 适用场景 | 试剂与参数 |
|---|---|---|
| A: PLO + Laminin | 🧠 类器官/组织（推荐） | PLO 50 μg/mL 过夜 → PBS ×1-2 → Laminin 50 μg/mL ≥2h（37°C）| ⚠️ 用前移除，不要干燥 |
| B: PDL | 🧫 神经元培养 | Poly-D-Lysine 0.1 mg/mL，2h 或过夜 → 超纯水漂洗 → 37°C 烘干 |
| C: Matrigel/Geltrex | 🔮 3D 结构 | 稀释 1:50-1:100，4°C 操作（冰上），1h（37°C）| ⚠️ 避免气泡 |
特殊处理
- 3D MEA：plasma cleaner 处理亲水化
- 视网膜：避免包被（天然光感受器）
3. 📍 切片定位与固定
切片定位流程（BrainWave 软件）
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| ① 切片放置 | 将急性切片轻柔放置于 MEA 芯片上 → 镊子/铂锚固定（如需要）→ 确保覆盖目标脑区 |
| ② 图像获取 | BrainWave 拍摄切片图像 → 自动叠加到电极阵列上 → 实时显示活动地图 |
| ③ 区域匹配 | 手动标记脑区边界 → 记录通道与解剖位置对应 → 便于后续区域特异性分析 |
切片稳定时间测试
📊 P18 小脑切片活性通道数随时间变化
记录时长 📐 平面 MEA 📌 3D HD-MEA 0-5 min 逐渐增加 轻微下降 5-25 min 稳定 稳定 5 分钟时标准化后，两种 MEA 的活性通道数无显著差异（p = 0.38, unpaired Student's t test）
✅ 结论：切片放置后 5 分钟即可开始稳定记录
三、数据采集参数
1. 📡 采样率与滤波设置
| 样本类型 | 采样率 | 高通滤波 | 低通/带通 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 🧊 急性脑切片（常规） | 18-20 kHz | 1-350 Hz | 2-5 kHz | 记录原始信号，事后离线滤波 |
| 🧊 急性脑切片（海马 LTP） | 10 kHz | 100 Hz | 20-5,000 Hz | FFT 频谱分析 |
| 🧫 培养神经元 | 10-20 kHz | — | 0.1-5,000 Hz | 爆发检测：高频滤波（300-3,000 Hz）| 场电位：低频（<300 Hz） |
| 🧠 类器官 | 10 kHz | 100 Hz | 20-5,000 Hz | 37°C/5% CO₂ |
| 👁️ 视网膜切片 | 10-20 kHz | — | — | 光感受器响应：低频（<100 Hz）| 锋电位：高频（>300 Hz） |
| 💓 心肌细胞 | 10 kHz | — | — | FPD 分析：低频 |
2. ⚡ 锋电位检测标准参数
| 参数 | 推荐值 |
|---|---|
| 阈值方法 | 硬阈值（Hard threshold） |
| 阈值设置 | -5 SD 到 -8 SD（负向信号），常用 7 SD 或 -100 μV |
| ⚠️ 注意 | 根据噪声水平调整：阈值过低 → 假阳性增多；阈值过高 → 漏检真信号 |
| Refractory period | 1 ms（排除同一神经元重复触发） |
| 峰寿命 | 2.0 ms |
| 前峰波持续时间 | 1.0 ms |
| 排除标准 | <0.083 Hz（<5 spikes/min） |
尖峰排序方法
| 方法 | 参数 |
|---|---|
| PCA + K-means | 主成分数 3-5 → 聚类数由 Gap Statistics 确定 → 每电极最大 4 个单元 |
| 模板匹配 | 自动模板生成 → 手动模板校正 |
爆发检测
- 定义：≥5 个锋电位，间隔 ≤100 ms
- 最小锋电位数：可调
3. 📊 各脑区信号滤波设置
| 脑区/研究 | 高通滤波 | 放电率阈值 |
|---|---|---|
| 皮质 | 100 Hz | >0.1 Hz |
| 小脑 | 50 Hz | >0.5 Hz |
| 海马 | 10 Hz | >0.1 Hz |
| 前额叶皮质 | 100 Hz | >0.1 Hz |
四、药物干预实验
1. 💊 药物配制原则
| 项目 | 要求 |
|---|---|
| 溶剂选择 | 水溶性直接配制 | DMSO 溶解：工作浓度 DMSO <0.1% | 乙醇溶解：同上 |
| 储存液 | 浓度 10-100 mM | 储存 -20°C 或 -80°C | 分装避免反复冻融 |
| 工作液 | ACSF/培养基稀释 → 预热至记录温度 → 现用现配（不稳定药物） |
2. 🧪 常用药物浓度参考
神经调质
| 药物 | 浓度 | 作用 |
|---|---|---|
| TTX（河豚毒素） | 1-3 μM | 钠通道阻断 |
| NBQX | 10 μM | AMPA 受体拮抗 |
| 5-HT（5-羟色胺） | 10 μM | 神经调质 |
| Noradrenaline（NA） | 25 μM | 神经调质 |
| Dopamine 激动剂（SKF38393） | 10 μM | 多巴胺能 |
| Carbachol（ACh 激动） | 50 μM | 胆碱能 |
| GABA | 1-100 μM | 抑制性递质 |
| 谷氨酸 | 10-100 μM | 兴奋性递质 |
通道调节剂
| 药物 | 浓度 | 作用 |
|---|---|---|
| KCl | 1-50 mM | 去极化 | ⚠️ 高 K⁺ 会破坏切片，慎用 |
| Tetrodotoxin（TTX） | 1-3 μM | 钠通道阻断（验证锋电位依赖性） |
代谢调节
| 药物 | 浓度 | 作用 |
|---|---|---|
| Glucose | 10-20 mM | 能量供应 |
| 低 Mg²⁺ | — | 诱导发作（癫痫研究） |
| 4-AP | 3 mM | 增强突触传递 |
五、质量控制与实验设计
1. 🔍 信号质量评估
| 评估指标 | 标准 | 说明 |
|---|---|---|
| 🔊 噪声水平 | <20 μV RMS | 高噪声原因：接地不良、电极污染、切片移动、环境干扰 |
| 🚫 饱和通道 | 信号超出 ±500 μV | 处理：剔除饱和通道 | 原因：电极接触不良、放大器饱和、刺激伪迹 |
| ✅ 切片活性 | 海马 CA1 >0.1 Hz | 小脑 >0.5 Hz | 健康标志：同步爆发活动 + 网络连接性指标正常 |
2. 🔧 常见问题与解决方案
| 🔴 问题 | 🔍 可能原因 | 🛠️ 解决方案 |
|---|---|---|
| 切片活性低 | 切片质量差 | 记录时间过早 | 温度/气体条件不当 | 延长稳定时间至 15-30 min → 检查 ACSF 温度和气体供应 → 尝试 KCl 刺激（1-5 mM）验证活性 |
| 高噪声/伪迹 | 接地回路 | 50/60 Hz 工频干扰 | 溶液流动 | 暂时停止 ACSF 流动 → 使用电磁屏蔽室 → 陷波滤波（50/60 Hz） |
| 电极污染 | 组织残留 | 蛋白沉积 | 记录后立即清洗 → Tergazyme 处理 → 超声波清洗（可选） |
3. 📐 实验设计指南
样本量与对照
| 项目 | 要求 |
|---|---|
| 样本量 | 急性切片 n≥3（独立动物）| 类器官 n≥3（独立批次）| 培养神经元 n≥4（独立培养）| 统计：报告 n 值和统计方法 |
| 对照设置 | 阴性对照（载体/溶剂）| 阳性对照（已知活性药物）| 时间对照（给药前基线）| 内部对照（同一切片记录前后） |
| 盲法 | 记录：盲法记录（如可能）| 分析：盲法分析 | 处理：随机分配处理组 |
| 质量控制 | 噪声水平 <20 μV RMS | 饱和通道：剔除 | 切片活性：验证 >0.1 Hz | 排除标准：预先定义 |
六、各样本类型详细实验方法
1. 🧊 急性脑切片电生理记录
1.1 样本制备与 ACSF 配方
实验动物：小鼠、大鼠（根据研究）| P18-P60（根据研究目的）| 雄性或雌性
ACSF 人工脑脊液配方（推荐）
| 成分 | 浓度 | 成分 | 浓度 |
|---|---|---|---|
| NaCl | 129 mM | MgSO₄ | 1.8 mM |
| NaH₂PO₄ | 1.25 mM | CaCl₂ | 1.6 mM |
| Glucose | 10 mM | KCl | 3 mM |
| NaHCO₃ | 21 mM | ||
| pH | 7.4 | 气体 | 95% O₂ + 5% CO₂ |
⚠️ 海马切片特殊参数（Trem2 研究）：ACSF 配方同上，切片厚度 400 μm
🦎 爬行动物急性脑切片（鬃狮蜥）
- 麻醉：异氟烷诱导 + 氯胺酮 60 mg/kg + 咪达唑仑 2 mg/kg
- ACSF 配方：NaCl 126 mM, KCl 3 mM, CaCl₂ 1.8 mM, MgCl₂ 4 mM（切片用）/1 mM（记录用）, NaHCO₃ 24 mM, NaH₂PO₄ 0.72 mM, Glucose 20 mM
- 切片厚度：700 μm | 恢复时间 ≥60 分钟
1.2 HD-MEA 记录参数
3Brain CMOS-MEA 系统参数
| 类别 | 参数 |
|---|---|
| 电极阵列 | 4,096 电极 | 64×64 矩阵 | 尺寸 21×21 μm（平面）| 间距 60 或 81 μm | 面积 3.8×3.8 mm 或 5.12×5.12 mm |
| 电子性能 | 每电极集成放大器 ✅ | 多路复用架构 ✅ | 刺激功能：电流信号发生器集成 |
| 采样参数 | 采样率 10/18/20 kHz | 信号带宽 0.1-9,000 Hz | 高通滤波 1/10/50/100/350 Hz | 低通滤波 2 kHz 或 3-5 kHz |
3D HD-MEA vs 平面 HD-MEA 对比
| 对比维度 | 📐 平面电极 | 📌 3D μneedle 电极 |
|---|---|---|
| 电极形状 | 方形（21 μm 边长） | 微针形 |
| 材料 | 铂薄层 | 金基座 + 微针 |
| 高度 | 平面 | 15-90 μm |
| 组织接触 | 表面接触 | 深度穿透 |
| 信号强度 | 标准 | 增强 2-5 倍 |
| 活性通道数 | 较少 | 显著增加 |
| 固定方式 | 铂锚（100 μm 线） | 无需锚定 |
1.3 信号处理与数据分析
同步活动分析
- 爆发检测：≥5 个锋电位，间隔 ≤100 ms
- 网络爆发：≥10% 电极激活
- 相关性矩阵：最大相关系数 @ 零滞后
🔬 小脑切片特殊分析
项目 参数 品种/年龄 C57BL/6J 小鼠, P18-P30 | 矢状小脑切片 高通滤波 50 Hz | 放电率阈值 >0.5 Hz | 分析单元 Purkinje 细胞 TTX 实验 基础记录 ~4 min（标准 Krebs 液）→ 3 μM TTX → 监测 3 min 或活动完全消失 电刺激 刺激位点：苔藓纤维（颗粒层）| 第一相 80 μA, 120 μs | 间隔 25 μs | 第二相 -40 μA, 50 μs | 放大器空白 500 μs
🧠 海马切片分析
- 分析区域：CA1 区、CA3 区（仅分析这两个区域的电极）
- 锋电位检测算法（PTSD）：阈值 7 SD | Refractory period 1 ms
- 放电率计算：平均放电率 = 总锋电位数 / 记录时长
- 同步性分析：互相关函数（MATLAB xcorr）→ 零滞后最大相关系数
1.4 实验示例
📋 示例 1：Trem2 与神经元生物能量学
项目 内容 动物 Trem2+/+ 和 Trem2-/- 雄性小鼠，P18 切片 海马冠状切片（400 μm） 记录流程 振动切片机切制 → 高蔗糖保护液恢复 ≥60 min → CMOS biosensor（3Brain AG）→ ACSF 灌注 2 ml/min → 稳定 15 min → 记录 5-10 min 数据采集 采样率 18 kHz | 高通滤波 350 Hz | PTSD 算法，阈值 7 SD | 仅分析 CA1 和 CA3
📋 示例 2：阿尔茨海默病海马功能障碍
- 研究内容：网络水平表征阿尔茨海默病海马破坏
- 方法：大规模电生理学 → 场电位记录 + 锋电位活动 + 网络同步性 + LTP（长时程增强）测定
2. 🧠 类器官电生理记录
2.1 脑类器官制备与 MEA 记录
人源脑类器官培养流程
| 阶段 | 时间线 | 操作 |
|---|---|---|
| ① iPSC/ESC 来源 | — | 使用 hPSC 系（如 H9、MC-IPS 等） |
| ② 类器官诱导 | Day 0 → Day 4-6 → Day 10-12 → Day 15-30 | EB 形成 → 神经外胚层诱导 → 神经玫瑰花结形成 → 脑类器官生长 |
| ③ 成熟培养 | 30-219 天 | 培养基：BrainPhys / Neurobasal + B27, N2, BDNF, GDNF | 容器：低附着培养板 / 旋转 bioreactor |
| ④ MEA 记录 | 皮质类器官 DIV 219 | 脊髓类器官 DIV 131 | 组装体：培养 2 周后 | 记录前：培养基换新 → 37°C/5% CO₂ 平衡 15 min → 基础记录 5 min → KCl 刺激（1 mM → 5 mM） |
皮质-纹状体组装体（Assembloids）构建
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| ① 单独培养 | 皮质类器官（hCO）~4 个月 | 纹状体类器官（hStrO）单独分化 |
| ② 组装 | 将 hCO 和 hStrO 在同一培养皿中放置 → 诱导相互投射生长 |
| ③ MEA 记录 | 组装后 2 周 | 培养条件：BrainPhys + N2 + B27 Plus + cAMP |
类器官数据分析参数
| 参数类别 | 具体值 |
|---|---|
| 锋电位检测 | 阈值 8.0 SD | 峰寿命 2.0 ms | Refractory 1.0 ms | 前峰波 1.0 ms | 排除 <0.083 Hz |
| 爆发检测 | ≥5 个锋电位，间隔 ≤100 ms | 最小锋电位数可调 |
| 网络爆发 | 基于招募算法 | ≥10% 电极激活 | 最小 50 个锋电位 | 最小参与电极数可调 |
| 锋电位分类 | PCA（3 主成分）+ K-means | Gap Statistics 优化 | 每电极最大 4 个单元 |
| 频谱分析 | FFT 变换 + 汉明窗 → 频段 δ/θ/α/β/γ |
2.2 视网膜类器官培养与记录
30 天分化法
时间段 阶段 Day 0-6 胚状体形成 Day 6-12 神经外胚层 Day 12-24 视杯诱导 Day 24-60 视网膜类器官成熟 Day 60-100+ 光感受器分化 MEA 记录：视网膜类器官放置于 MEA → 记录自发活动或光刺激诱发活动 → 可整合小胶质样细胞
验证方法：免疫组化（CRX, Recoverin, Opsin）+ 电生理（光诱发反应）
2.3 脊髓类器官（SMA 研究）
- 来源：SMA 患者 iPSC 衍生的脊髓类器官
- 研究目的：靶向反义寡核苷酸治疗效果
- MEA 应用：记录网络活动 → 检测异常放电模式 → 评估治疗干预效果
3. 👁️ 急性视网膜切片电生理
3.1 视网膜切片制备
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| 实验动物 | 小鼠、大鼠、鸟类（鸡），根据研究选择 |
| 摘取眼球 | 深度麻醉后迅速摘取 → 置于 AMSF 中 |
| 切片制备 | 角膜/巩膜切开 → 去除晶状体和玻璃体 → 视网膜铺片或切片 200-500 μm |
| 记录配置 | MEA 记录（全场或局部）| 视杆/视锥细胞光刺激 |
3.2 视网膜神经节细胞（RGC）记录
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 记录设置 | 高密度 MEA：4096 电极 | 采样率 10-20 kHz | 信号：场电位和锋电位 |
| 光刺激 | 不同波长光刺激 → ON/OFF 通道分离 → 时间编码分析 |
| 分析指标 | 放电频率 | 感受野 | 动态范围 | ON/OFF 响应 |
4. 🧫 神经元培养物电生理
4.1 原代神经元培养
| 步骤 | 参数 |
|---|---|
| 取材 | E18 胚胎鼠或 P0-P1 新生鼠 → 快速断头 → 取大脑皮层 |
| 细胞分散 | 胰酶消化（0.05-0.25%），37°C 15-20 min → 终止消化（血清/DNA 酶）→ 机械分散（火焰抛光电极） |
| 细胞计数 | 台盼蓝计数，活力 >90% |
| 种植 | 密度 1-5×10⁵ cells/mL，体积 100-200 μL/well，培养基包被板 |
| 培养条件 | Neurobasal + B27，37°C/5% CO₂，每 2-3 天半量换液 |
| 成熟时间 | 突触成熟 7-14 DIV → 网络形成 14-21 DIV → 最佳记录 14-21 DIV |
4.2 hiPSC 衍生神经元培养
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 神经元分化 | 神经诱导 7-10 天 → 神经祖细胞扩增 → 神经元成熟 20-60 天 |
| 共培养体系 | 谷氨酸能神经元 + GABA 能神经元 + 星形胶质细胞共培养 |
| MEA 记录 | 分化后 30-60 天 → 6 孔/24 孔/48 孔 MEA → 分析自发活动、网络同步性 |
4.3 培养神经元 MEA 记录参数
| 类别 | 参数 |
|---|---|
| 记录时机 | DIV 7, 14, 21, 35 等 | 记录前换液 2h | 稳定时间 15-30 min |
| 记录设置 | 采样率 10-20 kHz | 滤波 0.1 Hz 高通 - 5 kHz 低通 | 时长 5-20 min |
| 刺激诱发 | 电刺激（单极/双极）| 化学刺激（KCl, 谷氨酸, GABA）| 药物干预（TTX, CNQX 等） |
| 数据分析 | 锋电位检测（阈值 5-7 SD）| 爆发分析（≥3 spikes, ISI≤100 ms）| 网络同步性（相关性分析）| 频率分析（功率谱密度） |
5. 💓 心肌细胞电生理
5.1 心肌细胞培养
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 来源 | 原代新生鼠心室肌细胞 / hiPSC 衍生心肌细胞 / 类心脏器官（cardioids） |
| 培养条件 | RPMI1640 + 10% FBS，37°C/5% CO₂ |
| 节律性收缩 | 自发跳动 |
| MEA 记录 | 场电位（Field Potential）| FPD（场电位持续时间）| 跳动率（自发节律）| EFR（场电位频率） |
5.2 心脏毒性评估
| 阶段 | 操作 |
|---|---|
| 基线记录 | 稳定记录 ≥5 min → 记录自发节律 → 参数：FPD, EFR, 跳动率 |
| 药物处理 | 阳性对照（已知致心律失常药物如 E-4031, Cisapride 等）→ 测试化合物浓度梯度 → 记录 5-60 min |
| 评估指标 | FPD 延长/缩短 | EAD（早期后除极）| 跳动率变化 | 收缩异常 |
💡 关键指标说明
- FPD（场电位持续时间）：与动作电位时长相关
- hERG 毒性：FPD 延长预测 hERG 通道抑制 → MEA 心脏毒性检测与临床一致性高 → MEA 是有效的心脏毒性筛选工具
- 激光穿孔技术：提高记录可靠性 → 可用于早期药物安全性评估
6. 🔮 3D 球体（Spheroids）电生理
6.1 脑球体制备
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 来源 | 原代神经元聚集 / hiPSC 衍生气浮培养 / 类器官切片/分割 |
| 培养方法 | U 型底培养板 / 气浮培养（STS）/ 旋转生物反应器 | 尺寸 200-600 μm |
| MEA 记录 | 直接放置于 MEA → 无需锚定 → 记录 DIV 19-20 |
6.2 3D 球体记录流程
| 阶段 | 操作 |
|---|---|
| 球体准备 | 培养时间 19-20 DIV → 尺寸 400 μm 或 600 μm → 宽口移液管转移 |
| MEA 设置 | 3D HD-MEA（推荐）→ 表面亲水化处理（plasma cleaner）→ 无需锚定 |
| 记录条件 | 温度 35°C → 气体 5% CO₂ 湿润气流 → 立即开始自发活动记录 |
| 分析 | 场电位 + 锋电位 + 网络同步性 |
七、应用领域汇总表
一、按研究领域分类
| 研究领域 | 样本类型 | 代表文献 | 主要指标 |
|---|---|---|---|
| 🧬 神经发育 | 类器官、神经元培养 | SCN2A 缺陷、22q11.2 缺失 | GABA 极性转换、神经网络成熟 |
| 🧓 神经退行性疾病 | 急性脑切片、类器官 | 阿尔茨海默病、共济失调 | Aβ 毒性、线粒体功能 |
| ⚡ 癫痫/惊厥 | 急性脑切片、神经元培养 | 耐药性癫痫、热性感染相关癫痫 | 癫痫样活动、发作阈值 |
| 👁️ 视网膜功能 | 急性视网膜切片、类器官 | 视网膜神经节细胞、黄斑变性 | 光感受器响应、ON/OFF 通道 |
| 💓 心脏毒性 | 心肌细胞、类心脏器官 | 药物心脏毒性 | FPD、EAD、节律 |
| 😴 睡眠/觉醒 | 急性脑切片 | 屏状核与慢波睡眠 | SWR、Sharp-wave |
| 🎛️ 神经调控 | 急性脑切片 | 深部脑刺激、tDCS | 网络效应、可塑性 |
| 💪 神经肌肉 | 神经肌肉类器官 | 肌肉恶病质 | 收缩功能、神经接头 |
二、按发表年份统计
| 年份 | 代表期刊 |
|---|---|
| 2026 | Cell Reports Methods, Nature 等 |
| 2025 | Nature, Neuron, Cell Stem Cell 等 |
| 2024 | Nature, Nature Biotechnology 等 |
| 2023 | Cell, Nature Neuroscience 等 |
| 2022 | Nature, PNAS 等 |
| 2021 | Advanced Science, EMBO Reports 等 |
| 2020 | Nature, Nature Communications 等 |
| 2018-2019 | Scientific Reports, Front. Cell. Neurosci. 等 |
三、高频使用技术
| 技术 | 使用频率 | 主要应用 |
|---|---|---|
| 📌 3D HD-MEA | 🔴 高 | 类器官、球体记录 |
| 🔧 CMOS-MEA | 🔴 高 | 大规模记录、急性切片 |
| 💡 光遗传学 | 🟡 中 | 特定细胞类型操控、网络活动成像 |
| 🧬 scRNA-seq | 🟡 中 | 类器官/组装体分型、单细胞验证 |
八、文献汇总
📚 根据知识库内容，主要有以下几类文献：
- ID:0 和 ID:1 — 3Brain MEA 文献列表（目录性质，包含大量文献题目、样本类型、中英文摘要、发表时间和期刊名称）
- ID:2, ID:3, ID:4, ID:5 — Norimoto 等人的 Nature 文章（爬行动物屏状核的发现及其在慢波睡眠中的作用）
- ID:6, ID:7 — 其他补充材料
以下按年份排列所有文献，每条包含完整的中英文标题、研究领域和关键词。
📋 文献完整汇总表
🟢 2026 年文献（8 篇）
| 序号 | 期刊 | 标题（英文） | 标题翻译（中文） | 研究领域 | 关键词 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Cell Reports Methods | Human Brain Organotypic Slice Cultures as a Platform for Neuromodulatory Device Testing | 人类脑器官型切片培养物作为神经调节装置测试平台 | 类器官 | 类器官、神经调节装置 |
| 2 | Nature | Intermittent Propofol Exposure Induces Neurodevelopmental Alterations | 间歇性丙泊酚暴露诱导神经发育改变 | 疾病模型 | 丙泊酚、神经发育 |
| 3 | Cell Reports Methods | Human Neuromuscular Organoids Model Cancer-Induced Muscle Cachexia | 人类神经肌肉类器官模拟癌症诱发的肌肉恶病质 | 类器官 | 神经肌肉类器官、肌肉恶病质 |
| 4 | Cell Reports | Multi-Omics Analysis of Guided vs Unguided Forebrain Organoids Reveals Cellular Composition Differences | 引导性和非引导性前脑类器官的多组学分析显示细胞组成差异 | 类器官 | 前脑类器官、多组学 |
| 5 | Methods | Spinal Cord Organoids Reveal Targeted Antisense Oligonucleotide Therapeutic Efficacy in SMA | 脊髓性肌萎缩症类器官研究揭示靶向反义寡核苷酸治疗效果 | 类器官 | 脊髓类器官、反义寡核苷酸治疗 |
| 6 | Nature Communications | Customized In Vitro Neuronal Network Schemes Based on PDMS Microstructures | 基于聚二甲基硅氧烷微结构的定制化体外神经元网络方案 | 网络 | PDMS 微结构、体外神经元网络 |
| 7 | STAR Protocols | Transplantation Application of Functional Neuronal Organoids After Complete Spinal Cord Injury | 探索完全性脊髓损伤后功能性神经元类器官的移植应用 | 类器官 | 脊髓损伤、类器官移植 |
| 8 | SSRN/bioRxiv | Autism-Related SCN2A Deficiency Disrupts Cortico-Striatal Circuits in Human Brain Assembloids | 自闭症相关 SCN2A 缺陷破坏人类脑组装体中的皮质-纹状体环路 | 疾病模型 | SCN2A 缺陷、皮质-纹状体环路 |
| 9 | SSRN/bioRxiv | Tatton-Brown-Rahman Syndrome-Associated DNMT3A Mutations Relieve Cortical Interneuron Differentiation Inhibition | Tatton-Brown-Rahman 综合征相关 DNMT3A 突变解除皮质中间神经元分化抑制并干扰神经网络功能 | 疾病模型 | DNMT3A 突变、中间神经元 |
| 10 | Cureus | Glutamatergic Burst Activity Regulated by Hydrolyzed Arabinoxylan Rice Bran | 谷氨酸能爆发活动受水解阿拉伯木聚糖米糠调节 | 神经调质 | 谷氨酸能爆发、阿拉伯木聚糖 |
🟡 2025 年文献（57 篇）
| 序号 | 期刊 | 标题（英文） | 标题翻译（中文） | 研究领域 | 关键词 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Frontiers in Molecular Neuroscience | Electrochemical Modulation of Homologous and Heterogeneous Human iPSC-Derived Neuronal Networks on High-Density Arrays | 同源和异质人类 iPSC 衍生神经元网络在高密度阵列上的电化学调制 | 网络 | 电化学调制、hiPSC |
| 2 | STAR Protocols | Enhancing High-Density Multielectrode Array Electrophysiological Data Analysis Using nicespike and spikeNburst | 利用 nicespike 和 spikeNburst 增强高密度多电极阵列电生理数据分析的方案 | 技术 | nicespike、spikeNburst |
| 3 | ICCV | Neural Reservoir Computing to Computation for Digital Classification | 神经活动到计算用于数字分类的生物储备池 | 其他 | 神经储备池、数字分类 |
| 4 | Chaos Solit. Fractals | Neural Culture Criticality and Entorhinal-Hippocampal Network Memory Connectivity | 神经培养物临界性与内嗅-海马网络记忆连接 | 网络 | 神经临界性、记忆连接 |
| 5 | J. Neurosci. Methods | High-Density Multielectrode Array Recordings in Rodent Glioma Models | 啮齿动物神经胶质瘤模型中的高密度多电极阵列记录 | 其他 | 神经胶质瘤模型 |
| 6 | Neurosci. Lett. | Novel Prefrontal-Hippocampal Combined Brain Slice Model Based on In Vivo DTI in Healthy Male Rats | 基于健康雄性大鼠在体扩散张量成像建立前额叶皮层-海马联合脑切片新模型 | 其他 | 前额叶-海马联合切片 |
| 7 | J. Physiol. | Saltatory Axonal Conduction in Avian Retina | 鸟类视网膜跳跃式轴突传导 | 视网膜 | 视网膜跳跃式传导 |
| 8 | PLoS Comput Biol | Filter Model of Retinal Ganglion Cell Inhibition | 视网膜神经节细胞抑制的滤波器模型 | 视网膜 | 视网膜抑制模型 |
| 9 | Sci. Rep. | Spatial Distribution and Functional Integration of Displaced Retinal Ganglion Cells | 移位视网膜神经节细胞的空间分布与功能整合 | 视网膜 | 移位神经节细胞 |
| 10 | Physiol. J. | Gap Junction Coupling Between Homologous Amacrine Cells | 同源无长突细胞间的缝隙连接偶联 | 视网膜 | 缝隙连接耦合 |
| 11 | Front. Cell. Neurosci. | Role of Melanopsin-Containing Retinal Ganglion Cells in Pupillary Light Reflex Under Photopic Conditions | 含黑视蛋白的视网膜神经节细胞在明视条件下瞳孔光反射中的作用 | 视网膜 | 黑视蛋白、瞳孔反射 |
| 12 | Nat. Commun. | Membrane-Targeted Photoswitches Restore Physiological ON/OFF Light Responses in Degenerated Retina | 膜靶向光开关恢复退化视网膜对光的生理性 ON/OFF 响应 | 视网膜 | 光开关、ON/OFF 响应 |
| 13 | Advanced Materials | Longitudinal Noninvasive Intracellular Recording of Spontaneous Electrophysiological Activity in Rat Primary Neurons on Planar MEA | 平面 MEA 电极上大鼠原代神经元自发电生理活动的纵向无创细胞内记录 | 技术 | 细胞内记录 |
| 14 | Stem Cell Reports | MAPK/ERK and BMP Dual Inhibition Induces Mouse ESC-Derived Cortical Progenitors to Acquire Entorhinal-Like Properties | MAPK/ERK 和 BMP 信号双重抑制诱导小鼠 ESC 来源的大脑皮层祖细胞获得内嗅样特性 | 神经调质 | 基底核类器官 |
| 15 | Cell Stem Cell | Generation of Human Basal Ganglia Organoids with Functional nbM-Cortical Cholinergic Projections for Transplantation Assembloids | 生成具有功能性 nbM-皮层胆碱能投射的人源基底核类器官用于移植组合体 | 类器官 | nbM-皮层投射 |
| 16 | J Neurophysiol. | High-Resolution Detection of Static and Dynamic 2D Current Source Density Within Neuronal Microcircuits | 神经元微环路内静态与动态二维电流源密度的高分辨率检测 | 技术 | 2D 电流源密度 |
| 17 | PLoS One | Enhanced Electrophysiological Recordings in Acute Brain Slices, Spheroids, and Organoids Using 3D High-Density Multielectrode Arrays | 使用 3D 高密度多电极阵列增强急性脑切片、球体和类器官的电生理记录 | 技术 | 3D HD-MEA |
| 18 | eLife | Unsupervised Identification of Cortical Excitatory and Inhibitory Neurons Based on High-Density MEA and Ground Truth Validation | 基于高密度多电极阵列和真实值验证的皮质兴奋性和抑制性神经元无监督识别流程 | 技术 | 皮质神经元分类 |
| 19 | Pharmacological Research | Transplanted Human Striatal Progenitors Demonstrate Functional Integration and Modulation of Host Circuitry in Huntington's Disease Animal Models | 移植的人纹状体祖细胞在亨廷顿病动物模型中展示功能整合并调节宿主电路 | 疾病模型 | 亨廷顿病、纹状体祖细胞 |
| 20 | APL Bioeng. | Dynamic Mapping of Hippocampal Network-Level Long-Term Potentiation Through High-Resolution Biosensing | 通过高分辨率生物电传感动态映射海马网络水平长时程增强 | 技术 | 海马 LTP 动态映射 |
| 21 | Sci. Signal. | lncRNA Gas5 as an Activity-Responsive Scaffold Mediating cAMP-Dependent Synaptic Plasticity | lncRNA Gas5 作为活动响应支架介导 cAMP 依赖性突触可塑性 | 神经调质 | lncRNA Gas5、突触可塑性 |
| 22 | Cell. Mol. Life Sci. | CACNA1A Loss-of-Function Affects Neurogenesis in Human iPSC-Derived Neural Models | CACNA1A 功能缺失影响人 iPSC 衍生神经模型中的神经发生 | 疾病模型 | CACNA1A、神经发生 |
| 23 | Neuron | Neurodevelopmental Origins of Structural and Psychomotor Deficits in CXCR4-Related Primary Immunodeficiency | CXCR4 相关原发性免疫缺陷中结构和精神运动缺陷的神经发育起源 | 疾病模型 | CXCR4、免疫缺陷 |
| 24 | Adv. Sci. | MEA-seqX for High-Resolution Profiling of Large-Scale Electrophysiological and Transcriptional Network Dynamics | MEA-seqX 用于大规模电生理和转录网络动力学的高分辨率分析 | 技术 | MEA-seqX |
| 25 | Neurobiol. Dis. | Globus Pallidus Deep Brain Stimulation Normalizes Abnormal Cerebellar Cortical Activity in Dystonia Animal Models Through Whole-Network Effects | 苍白球深部脑刺激通过全网络效应使肌张力障碍动物模型中异常的小脑皮层活动恢复正常 | 疾病模型 | 苍白球深部脑刺激 |
| 26 | J. Vis. Exp. | Obtaining High-Quality Epileptiform Activity from Acute Brain Slices Using CMOS-Integrated High-Density MEA Systems | 使用互补金属氧化物半导体高密度微电极阵列系统从急性脑切片中获得高质量癫痫样活动 | 疾病模型 | 癫痫样活动 |
| 27 | Cradle | Recovery of Electrophysiological Activity from Cryopreserved and Rewarmed Acutely Excised Rodent Neural Tissue | 从冷冻保存并复温的急性切除啮齿动物神经组织中恢复电活动 | 其他 | 冷冻保存神经组织 |
| 28 | Sci. Rep. | High-Density Multielectrode Platform to Study Effects of Radiation on In Vitro Cortical Neural Networks | 高密度多电极平台研究辐射对体外皮质神经网络的影响 | 其他 | 辐射对神经网络影响 |
| 29 | Cell Stem Cell | Generation of Human Region-Specific Brain Organoids with Medullary-Spinal-Trigeminal Nucleus | 生成具有髓质脊髓三叉神经核的人类区域特异性脑类器官 | 类器官 | 脑类器官、三叉神经核 |
| 30 | Nature | Brain Chimeras Reveal Individual Susceptibility to Neurotoxic Insults | 脑嵌合体揭示个体对神经毒性诱因的易感性 | 疾病模型 | 脑嵌合体、神经毒性 |
| 31 | Neurobiology of Disease | Neurons and Brain Organoid Models from Ataxia-Telangiectasia Patients Reveal Mitochondrial Dysfunction and Oxidative Stress | 共济失调毛细血管扩张症患者来源的神经元与脑类器官模型揭示线粒体功能障碍与氧化应激 | 疾病模型 | 共济失调毛细血管扩张症 |
| 32 | iScience | Gap Junctions Fine-Tune Retinal Ganglion Cell Signals to Equalize Response Dynamics Within Specific Electrically Coupled Cell Arrays | 间隙连接通过微调神经节细胞信号使特定电耦合细胞阵列内的响应动力学趋于均衡 | 疾病模型 | 缝隙连接、神经节细胞 |
| 33 | Science Advances | Choroid Plexus Deficits in Down Syndrome Brain Organoids Enhance SARS-CoV-2 Neurotropism | 唐氏综合征脑类器官中脉络丛缺陷增强 SARS-CoV-2 的神经嗜性 | 疾病模型 | 唐氏综合征、SARS-CoV-2 |
| 34 | Front. Cell. Neurosci. | Axonal Morphology and Intrinsic Cellular Properties Determine rTMS-Induced Plasticity Thresholds | 轴突形态与内在细胞特性决定了重复经颅磁刺激诱导可塑性阈值 | 疾病模型 | 经颅磁刺激 |
| 35 | Front. Cell. Neurosci. | Dominant β-Catenin Mutations Cause Intellectual Disability with Recognizable Syndromic Features | 显性 β-catenin 突变导致具有可识别综合征特征的智力障碍 | 疾病模型 | β-catenin、智力障碍 |
| 36 | J. Vis. Exp. | Multimodal Large-Scale Neuronal Ensemble Dynamics Recording and Analysis Using CMOS-Integrated High-Density MEAs | 基于 CMOS 集成高密度微电极阵列的多模态大规模神经元集群动力学记录与分析 | 技术 | CMOS-MEA 多模态记录 |
| 37 | ACS Chem. Neurosci. | Molecular Pharmacology of Selective NaV1.6 and Dual NaV1.6/NaV1.2 Channel Inhibitors: In Vitro Suppression of Excitatory Neuronal Activity | 选择性 NaV1.6 及双靶点 NaV1.6/NaV1.2 通道抑制剂分子药理学研究：体外抑制兴奋性神经元活动 | 疾病模型 | NaV1.6 通道抑制剂 |
| 38 | Immunity | Microglial Trem2 Expression Maintains Neuronal Bioenergetic Homeostasis During Development | 小胶质细胞 Trem2 表达对发育期神经元生物能量稳态的维持作用 | 神经调质 | Trem2、神经元生物能量 |
| 39 | Cell | Multi-Chamber Cardioids Unravel Human Heart Development | 多腔室心脏类器官揭示人类心脏发育机制与心脏缺陷 | 疾病模型 | 心脏类器官 |
| 40 | Cell. Mol. Life Sci. | Low Glycemic Index Diet Suppresses Epileptogenesis Through Sex-Specific Mechanisms | 低血糖指数饮食通过性别特异性机制抑制癫痫发生 | 疾病模型 | 低血糖饮食、癫痫 |
| 41 | Life Sciences | Platinum Nanozymes Suppress Photoreceptor Degeneration and Retinal Inflammation in Age-Related Macular Degeneration in Photodamage Models | 铂纳米酶在光损伤模型中抑制年龄相关性黄斑变性的光感受器退行与视网膜炎症 | 疾病模型 | 铂纳米酶、黄斑变性 |
| 42 | ACS Nano | Hippocampal Network Synaptic Transmission and Long-Term Potentiation Recording Using Large-Scale Biosensors | 基于大规模生物传感器的海马神经网络突触传递与长时程增强记录研究 | 技术 | 海马 LTP |
| 43 | Biosensors and Bioelectronics | High-Resolution CMOS Biosensors Dissect Hippocampal Circuit Dynamics in Experience-Dependent Plasticity | 高分辨率 CMOS 生物传感器解析经验依赖性可塑性中的海马环路动态 | 技术 | CMOS 生物传感器 |
| 44 | Int. J. Mol. Sci. | Regulation of Neural Network and Hippocampal Slice Viability by 5XFAD Nasal Lavage Exosomes | 5XFAD 鼻腔灌洗液外泌体对神经网络及海马切片活性的调控作用 | 神经调质 | 5XFAD 外泌体 |
| 45 | Nat. Commun. | Avian Retina Multiplexes Spectral and Temporal Visual Information Through On/Off Channels | 鸟类视网膜通过 On/Off 通道实现光谱与时间视觉信息的多路传输机制 | 视网膜 | 鸟类视觉多路传输 |
| 46 | iScience | Differential Expression of Light-Responsive microRNA Molecules in Human Retinal Organoids Regulated by Different Wavelengths of Light | 不同波长光调控人视网膜类器官中光响应性 microRNA 分子的差异性表达 | 视网膜 | 视网膜 microRNA |
| 47 | Biomedicines | Anisotropic and Frequency-Dependent Signal Propagation in Cerebellar Circuitry Revealed by High-Density MEA Recordings | 基于高密度多电极阵列记录揭示小脑回路信号传播的各向异性与频率依赖性 | 技术 | 小脑信号传播 |
| 48 | Cells | Functional Role of DAND5 in Cardiac Differentiation Revealed by Gene-Edited Human iPSC Lines | 基因编辑人 iPSC 细胞系解析 DAND5 在心脏分化中的功能调控 | 疾病模型 | DAND5、心脏分化 |
| 49 | Pharmacological Research | Proinflammatory Activation of Cerebellar Microglia Triggers Ataxia Through Purkinje Cell Hyperexcitability | 小脑小胶质细胞促炎性激活通过浦肯野细胞过度兴奋引发共济失调 | 疾病模型 | 小脑浦肯野细胞、共济失调 |
| 50 | Bioengineering | Human-Derived Cortical Neurospheroids Coupled to Passive, High-Density and 3D MEAs for Functional Validation Platform | 人源皮质神经球体联合被动式高密度 3D 微电极阵列构建功能性验证平台 | 技术 | 皮质神经球体、3D MEA |
| 51 | Int. J. Mol. Sci. | Pathological Effects of Aβ42 Oligomers on Primary Cortical Neuronal Networks | Aβ42 寡聚体对原代皮质神经元网络的病理效应研究 | 疾病模型 | Aβ42 寡聚体 |
| 52 | Molecular Psychiatry | Impaired Neuronal Network Activity and Connectivity in PCDH19 Mosaic Conditional Knockout Mouse Models | PCDH19 嵌合表达条件敲除小鼠模型中神经元网络活动与连接性受损的机制分析 | 疾病模型 | PCDH19 |
| 53 | BMC Neuroscience | Deep Generative Adversarial Networks Unravel Dynamics of Complex Spiral Waves in Disinhibited Cortical Circuits | 深度生成对抗网络解析去抑制皮质回路中复杂螺旋波的动力学特征 | 疾病模型 | 螺旋波、深度学习 |
| 54 | Frontiers in Neurology | In Vitro Drug-Resistant Epilepsy Model for Screening Clinically Effective Antiepileptic Drugs for Febrile Infection-Related Epilepsy Syndrome | 体外耐药性癫痫模型筛选热性感染相关癫痫综合征临床有效抗癫痫药物 | 疾病模型 | 耐药性癫痫 |
| 55 | Nat. Neurosci. | Lipid-Accumulating Reactive Astrocytes Promote Epilepsy Disease Progression | 脂质积累的反应性星形胶质细胞促进癫痫疾病进展的机制研究 | 疾病模型 | 脂质积累星形胶质细胞 |
| 56 | Cell Stem Cell | Therapeutic Role of Human Pluripotent Stem Cell-Derived Sacral Neural Crest Cells in Severe Congenital Megacolon Models | 人多能干细胞来源的骶神经嵴细胞在严重先天性巨结肠症模型中的治疗作用 | 疾病模型 | 骶神经嵴、巨结肠症 |
| 57 | J. Cell. Mol. Med. | Construction and Functional Validation of Human iPSC-Derived Retinal Organoids Integrating Microglia-Like Cells | 人类 iPSC 来源视网膜类器官中整合小胶质样细胞的构建与功能验证 | 疾病模型 | 视网膜类器官、小胶质细胞 |
| 58 | Brain Stimulation | Cerebellar Network Synaptic Plasticity in Paroxysmal Dystonia Models | 阵发性肌张力障碍模型中小脑网络突触可塑性在肌张力障碍中的作用 | 疾病模型 | 小脑突触可塑性 |
🔵 2022-2024 年文献（52 篇）
| 序号 | 年份 | 期刊 | 标题（英文） | 标题翻译（中文） | 研究领域 | 关键词 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2024 | Sci. Rep. | High-Density Multielectrode Platform to Study Effects of Radiation on In Vitro Cortical Neural Networks | 高密度多电极平台研究辐射对体外皮质神经网络的影响 | 疾病模型 | 辐射对神经网络影响 |
| 2 | 2024 | Cell Stem Cell | Generation of Human Region-Specific Brain Organoids with Medullary-Spinal-Trigeminal Nucleus | 生成具有髓质脊髓三叉神经核的人类区域特异性脑类器官 | 类器官 | 脑类器官、三叉神经核 |
| 3 | 2024 | Nature | Brain Chimeras Reveal Individual Susceptibility to Neurotoxic Insults | 脑嵌合体揭示个体对神经毒性诱因的易感性 | 疾病模型 | 脑嵌合体、神经毒性 |
| 4 | 2024 | Neurobiology of Disease | Neurons and Brain Organoid Models from Ataxia-Telangiectasia Patients Reveal Mitochondrial Dysfunction and Oxidative Stress | 共济失调毛细血管扩张症患者来源的神经元与脑类器官模型揭示线粒体功能障碍与氧化应激 | 疾病模型 | 共济失调毛细血管扩张症 |
| 5 | 2024 | iScience | Gap Junctions Fine-Tune Retinal Ganglion Cell Signals to Equalize Response Dynamics Within Specific Electrically Coupled Cell Arrays | 间隙连接通过微调神经节细胞信号使特定电耦合细胞阵列内的响应动力学趋于均衡 | 视网膜 | 缝隙连接、神经节细胞 |
| 6 | 2024 | Science Advances | Choroid Plexus Deficits in Down Syndrome Brain Organoids Enhance SARS-CoV-2 Neurotropism | 唐氏综合征脑类器官中脉络丛缺陷增强 SARS-CoV-2 的神经嗜性 | 疾病模型 | 唐氏综合征、SARS-CoV-2 |
| 7 | 2024 | Front. Cell. Neurosci. | Axonal Morphology and Intrinsic Cellular Properties Determine rTMS-Induced Plasticity Thresholds | 轴突形态与内在细胞特性决定了重复经颅磁刺激诱导可塑性阈值 | 疾病模型 | 经颅磁刺激 |
| 8 | 2024 | Front. Cell. Neurosci. | Dominant β-Catenin Mutations Cause Intellectual Disability with Recognizable Syndromic Features | 显性 β-catenin 突变导致具有可识别综合征特征的智力障碍 | 疾病模型 | β-catenin、智力障碍 |
| 9 | 2024 | J. Vis. Exp. | Multimodal Large-Scale Neuronal Ensemble Dynamics Recording and Analysis Using CMOS-Integrated High-Density MEAs | 基于 CMOS 集成高密度微电极阵列的多模态大规模神经元集群动力学记录与分析 | 技术 | CMOS-MEA 多模态记录 |
| 10 | 2024 | ACS Chem. Neurosci. | Molecular Pharmacology of Selective NaV1.6 and Dual NaV1.6/NaV1.2 Channel Inhibitors: In Vitro Suppression of Excitatory Neuronal Activity | 选择性 NaV1.6 及双靶点 NaV1.6/NaV1.2 通道抑制剂分子药理学研究：体外抑制兴奋性神经元活动 | 疾病模型 | NaV1.6 通道抑制剂 |
| 11 | 2024 | J. Vis. Exp. | Obtaining High-Quality Epileptiform Activity from Acute Brain Slices Using CMOS-Integrated High-Density MEA Systems | 使用互补金属氧化物半导体高密度微电极阵列系统从急性脑切片中获得高质量癫痫样活动 | 疾病模型 | 癫痫样活动 |
| 12 | 2024 | Cradle | Recovery of Electrophysiological Activity from Cryopreserved and Rewarmed Acutely Excised Rodent Neural Tissue | 从冷冻保存并复温的急性切除啮齿动物神经组织中恢复电活动 | 其他 | 冷冻保存神经组织 |
| 13 | 2023 | Immunity | Microglial Trem2 Expression Maintains Neuronal Bioenergetic Homeostasis During Development | 小胶质细胞 Trem2 表达对发育期神经元生物能量稳态的维持作用 | 神经调质 | Trem2、神经元生物能量 |
| 14 | 2023 | Cell | Multi-Chamber Cardioids Unravel Human Heart Development | 多腔室心脏类器官揭示人类心脏发育机制与心脏缺陷 | 疾病模型 | 心脏类器官 |
| 15 | 2023 | Cell. Mol. Life Sci. | Low Glycemic Index Diet Suppresses Epileptogenesis Through Sex-Specific Mechanisms | 低血糖指数饮食通过性别特异性机制抑制癫痫发生 | 疾病模型 | 低血糖饮食、癫痫 |
| 16 | 2023 | Life Sciences | Platinum Nanozymes Suppress Photoreceptor Degeneration and Retinal Inflammation in Age-Related Macular Degeneration in Photodamage Models | 铂纳米酶在光损伤模型中抑制年龄相关性黄斑变性的光感受器退行与视网膜炎症 | 疾病模型 | 铂纳米酶、黄斑变性 |
| 17 | 2023 | ACS Nano | Hippocampal Network Synaptic Transmission and Long-Term Potentiation Recording Using Large-Scale Biosensors | 基于大规模生物传感器的海马神经网络突触传递与长时程增强记录研究 | 技术 | 海马 LTP |
| 18 | 2023 | Biosensors and Bioelectronics | High-Resolution CMOS Biosensors Dissect Hippocampal Circuit Dynamics in Experience-Dependent Plasticity | 高分辨率 CMOS 生物传感器解析经验依赖性可塑性中的海马环路动态 | 技术 | CMOS 生物传感器 |
| 19 | 2023 | Int. J. Mol. Sci. | Regulation of Neural Network and Hippocampal Slice Viability by 5XFAD Nasal Lavage Exosomes | 5XFAD 鼻腔灌洗液外泌体对神经网络及海马切片活性的调控作用 | 神经调质 | 5XFAD 外泌体 |
| 20 | 2023 | Nat. Commun. | Avian Retina Multiplexes Spectral and Temporal Visual Information Through On/Off Channels | 鸟类视网膜通过 On/Off 通道实现光谱与时间视觉信息的多路传输机制 | 视网膜 | 鸟类视觉多路传输 |
| 21 | 2023 | iScience | Differential Expression of Light-Responsive microRNA Molecules in Human Retinal Organoids Regulated by Different Wavelengths of Light | 不同波长光调控人视网膜类器官中光响应性 microRNA 分子的差异性表达 | 视网膜 | 视网膜 microRNA |
| 22 | 2023 | Biomedicines | Anisotropic and Frequency-Dependent Signal Propagation in Cerebellar Circuitry Revealed by High-Density MEA Recordings | 基于高密度多电极阵列记录揭示小脑回路信号传播的各向异性与频率依赖性 | 技术 | 小脑信号传播 |
| 23 | 2023 | Cells | Functional Role of DAND5 in Cardiac Differentiation Revealed by Gene-Edited Human iPSC Lines | 基因编辑人 iPSC 细胞系解析 DAND5 在心脏分化中的功能调控 | 疾病模型 | DAND5、心脏分化 |
| 24 | 2023 | Pharmacological Research | Proinflammatory Activation of Cerebellar Microglia Triggers Ataxia Through Purkinje Cell Hyperexcitability | 小脑小胶质细胞促炎性激活通过浦肯野细胞过度兴奋引发共济失调 | 疾病模型 | 小脑浦肯野细胞、共济失调 |
| 25 | 2023 | Bioengineering | Human-Derived Cortical Neurospheroids Coupled to Passive, High-Density and 3D MEAs for Functional Validation Platform | 人源皮质神经球体联合被动式高密度 3D 微电极阵列构建功能性验证平台 | 技术 | 皮质神经球体、3D MEA |
| 26 | 2023 | Int. J. Mol. Sci. | Pathological Effects of Aβ42 Oligomers on Primary Cortical Neuronal Networks | Aβ42 寡聚体对原代皮质神经元网络的病理效应研究 | 疾病模型 | Aβ42 寡聚体 |
| 27 | 2023 | Molecular Psychiatry | Impaired Neuronal Network Activity and Connectivity in PCDH19 Mosaic Conditional Knockout Mouse Models | PCDH19 嵌合表达条件敲除小鼠模型中神经元网络活动与连接性受损的机制分析 | 疾病模型 | PCDH19 |
| 28 | 2023 | BMC Neuroscience | Deep Generative Adversarial Networks Unravel Dynamics of Complex Spiral Waves in Disinhibited Cortical Circuits | 深度生成对抗网络解析去抑制皮质回路中复杂螺旋波的动力学特征 | 疾病模型 | 螺旋波、深度学习 |
| 29 | 2023 | Frontiers in Neurology | In Vitro Drug-Resistant Epilepsy Model for Screening Clinically Effective Antiepileptic Drugs for Febrile Infection-Related Epilepsy Syndrome | 体外耐药性癫痫模型筛选热性感染相关癫痫综合征临床有效抗癫痫药物 | 疾病模型 | 耐药性癫痫 |
| 30 | 2023 | Nat. Neurosci. | Lipid-Accumulating Reactive Astrocytes Promote Epilepsy Disease Progression | 脂质积累的反应性星形胶质细胞促进癫痫疾病进展的机制研究 | 疾病模型 | 脂质积累星形胶质细胞 |
| 31 | 2023 | Cell Stem Cell | Therapeutic Role of Human Pluripotent Stem Cell-Derived Sacral Neural Crest Cells in Severe Congenital Megacolon Models | 人多能干细胞来源的骶神经嵴细胞在严重先天性巨结肠症模型中的治疗作用 | 疾病模型 | 骶神经嵴、巨结肠症 |
| 32 | 2023 | J. Cell. Mol. Med. | Construction and Functional Validation of Human iPSC-Derived Retinal Organoids Integrating Microglia-Like Cells | 人类 iPSC 来源视网膜类器官中整合小胶质样细胞的构建与功能验证 | 疾病模型 | 视网膜类器官、小胶质细胞 |
| 33 | 2023 | Brain Stimulation | Cerebellar Network Synaptic Plasticity in Paroxysmal Dystonia Models | 阵发性肌张力障碍模型中小脑网络突触可塑性在肌张力障碍中的作用 | 疾病模型 | 小脑突触可塑性 |
| 34 | 2022 | Sci. Rep. | Glial Cell Bmal1 Plays a Key Role in Mammalian Retinal Circadian Rhythm Regulation | 胶质细胞 Bmal1 在哺乳动物视网膜昼夜节律调控中发挥关键作用 | 类器官 | 胶质细胞 Bmal1 |
| 35 | 2022 | IEEE EMBC | Large-Scale Multimodal Recording of Olfactory Bulb and Hippocampal Networks Based on High-Density Neural Chips | 基于高密度神经芯片的嗅球与海马网络大规模多模态记录研究 | 网络 | 嗅球-海马多模态 |
| 36 | 2022 | Frontiers in Neuroscience | Learning-Induced Hub Neuronal Populations Regulate Initiation and Propagation of Spontaneous Network Bursts | 学习诱导的枢纽神经元群调控神经网络自发爆发的启动与传播机制 | 网络 | 学习、枢纽神经元 |
| 37 | 2022 | Frontiers in Neuroscience | Xenon LFP Analysis Platform Provides Novel Graphical Local Field Potential Analysis Interface for Large-Scale MEA Recordings | Xenon LFP 分析平台为大规模 MEA 记录提供新型图形化局部场电位分析界面 | 技术 | Xenon LFP 分析平台 |
| 38 | 2022 | PNAS | Abnormal Reconstruction of Cerebellar Climbing Fiber and Purkinje Cell Synaptic Connections in Neonatal Phencyclidine Schizophrenia Model | 新生儿苯环利定精神分裂症模型中小脑攀爬纤维与浦肯野细胞突触连接出现异常重构 | 视网膜 | 攀爬纤维/浦肯野细胞 |
| 39 | 2022 | J. Neurophysiol. | Super-Resolution-Based Estimation Algorithm for Receptive Fields of Large Visual Neuronal Ensembles | 基于超分辨率方法的大规模视觉神经元集群感受野估计算法研究 | 技术 | 感受野估计 |
| 40 | 2022 | APS Physics | Effective Connectivity of Cortical Networks Inferred from Large-Scale Recordings | 皮层有效连接性 | 网络 | 皮层有效连接性 |
| 41 | 2022 | PAIN | Hypoxia and Neuropathic Pain Mechanisms | 缺氧、神经病理性疼痛 | 其他 | 缺氧、神经病理性疼痛 |
| 42 | 2022 | Front. Cell. Neurosci. | Cerebellar Microcircuit Analysis | 小脑微环路 | 其他 | 小脑微环路 |
| 43 | 2022 | Open Biology | Functional Classification Methods for Retinal Ganglion Cells | 神经节细胞分类 | 其他 | 神经节细胞分类 |
| 44 | 2022 | Front. Cell. Neurosci. | Heterogeneous Responses of Inhibitory Synaptic Strength Changes in Spiking Neural Networks | 抑制性突触强度 | 其他 | 抑制性突触强度 |
| 45 | 2022 | Stem Cells Transl Med | Comprehensive Validation of Human Retinal Organoids as Retinal Toxicity Assessment Tools | 人类视网膜类器官作为视网膜毒性评估工具的有效性得到全面验证 | 类器官 | 视网膜类器官毒性 |
| 46 | 2022 | Biosensors and Bioelectronics | Biohybrid Olfactory Bulb Construction Based on High-Density CMOS Chips Reveals Large-Scale Spatiotemporal Circuit Information | 基于高密度 CMOS 芯片的生物混合嗅球构建 | 技术 | 生物混合嗅球 |
| 47 | 2022 | Cells | Nonlinear Frequency-Dependent Cerebellar Cortical Neurovascular Coupling Reflects Competing Vasodilation and Vasoconstriction Mechanisms | 小脑皮层神经血管耦合表现出非线性频率依赖性 | 视网膜 | 神经血管耦合 |
🟣 2021 年及更早文献（54 篇）
| 序号 | 年份 | 期刊 | 标题（英文） | 标题翻译（中文） | 研究领域 | 关键词 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2021 | Cell Chem. Biol. | Dihydroartemisinin Exerts Antiepileptic Effects by Regulating Iron Homeostasis | 双氢青蒿素通过调节铁稳态发挥抗癫痫作用 | 疾病 | 双氢青蒿素、抗癫痫 |
| 2 | 2021 | Advanced Science | Plasmonic Porous Metamaterials Enable Label-Free All-Optical Stimulation of Action Potentials in Neurons and Cardiomyocytes | 等离子体多孔超材料能够无标记地全光学刺激神经元与心肌细胞的动作电位 | 视网膜 | 等离子体超材料 |
| 3 | 2021 | Mol. Neurobiology | Arhgap22 Deficiency Affects Hippocampal Glutamatergic Synapses and Cognition Through Overactivation of RAC1 | Arhgap22 缺失通过过度激活 RAC1 影响海马谷氨酸能突触与认知功能 | 视网膜 | Arhgap22、RAC1 |
| 4 | 2021 | IEEE NER | Spontaneous Activity Characteristics of Human Cortical Excitatory Neurospheroids on Microelectrode Arrays | 人类皮质兴奋性神经球体在微电极阵列上呈现自发活动特征 | 技术 | 皮质神经球体 |
| 5 | 2021 | Cells | Efficient Generation of Human Pluripotent Stem Cell-Derived Motor Neuron Progenitors and Functional Motor Neurons via Monolayer Culture System | 单层培养系统可高效生成人类多能干细胞来源的运动神经元祖细胞及功能性运动神经元 | 技术 | 运动神经元 |
| 6 | 2021 | EMBO Reports | PARP1 Hyperactivation Links DNA Breaks to Aberrant Neuronal Calcium Signaling Leading to Lethal Epilepsy | PARP1 过度活化将 DNA 断裂与神经元钙信号异常联系起来导致致死性癫痫 | 疾病 | PARP1、致死性癫痫 |
| 7 | 2021 | Tox. App. Pharm. | Improving Reliability and Reducing Costs of Cardiotoxicity Assessments Using Laser-Induced Cell Poration on Microelectrode Arrays | 激光诱导细胞穿孔的微电极阵列技术提升了心脏毒性评估的可靠性和成本效益 | 技术 | 心脏毒性、激光穿孔 |
| 8 | 2021 | eLife | SUSD4 Protein Controls Synaptic Plasticity and Motor Learning | SUSD4 蛋白控制突触可塑性与运动学习 | 疾病 | SUSD4、突触可塑性 |
| 9 | 2021 | Stem Cells J. | Conventional and Ectopic Light Responses Elicited by Transplantation of Pluripotent Stem Cell-Derived Photoreceptor Precursors in Late-Stage Retinal Degeneration Mice | 多能干细胞来源光感受器前体移植在晚期视网膜变性小鼠中引发常规和特殊光响应 | 视网膜 | 光感受器移植 |
| 10 | 2020 | Nature | A Claustrum in Reptiles and its Role in Slow-Wave Sleep | 爬行动物屏状核的发现及其在慢波睡眠中的调控机制 | 其他 | 爬行动物屏状核、慢波睡眠 |
| 11 | 2020 | Neuroscience | Silent but Activatable Gap Junctions Electrically Connect Glutamatergic Neuronal Networks | 在谷氨酸能神经元网络中静默但可激活的间隙连接通过电学方式连接 | 网络 | 间隙连接 |
| 12 | 2020 | PLOS ONE | Room Temperature Transport Does Not Affect Bioactivity of Pluripotent Stem Cell-Derived Retinal Organoids | 常温运输不影响多能干细胞来源视网膜类器官的生物活性 | 视网膜 | 室温运输、视网膜类器官 |
| 13 | 2020 | Nat. Commun. | A Claustrum in Turtles | 屏状核（龟） | 技术 | 屏状核（龟） |
| 14 | 2020 | J. Neurosci. | Neural Field Models Infer Latent States and Apply to Large-Scale Neuronal Recordings | 神经场模型可推断潜状态并应用于大规模神经元记录分析 | 技术 | 神经场模型 |
| 15 | 2019 | Front. Cell. Neurosci. | Modulation of Spontaneous Firing Activity in Retinal Ganglion Cells by Mechanical Stimulation | 机械刺激对神经节细胞自发放电活动有调控作用 | 视网膜 | 机械刺激、神经节细胞 |
| 16 | 2019 | Front. Cell. Neurosci. | Estimating Connectivity Strength in Multielectrode Array Hippocampal Cultured Networks Using Transfer Entropy | 基于传递熵的方法可估计多电极阵列海马培养网络的连接强度 | 视网膜 | 传递熵、连接性 |
| 17 | 2019 | IJCNN | Echoing Burst Propagation and Synchronization Mechanisms in Developing Cultured Networks | 海马培养网络回响性爆发 | 网络 | 海马培养网络 |
| 18 | 2019 | Biomaterials | Neuroretinal Decellularized Matrix-Derived Peptides Enhance Synaptic Marker Expression in Organoids | 神经视网膜脱细胞基质来源的肽段能增强类器官的突触标记物表达 | 视网膜 | 脱细胞基质肽 |
| 19 | 2019 | Cerebral Cortex | PRRT2 Deficiency Alters Short-Term Synaptic Plasticity and Promotes Hippocampal Neuronal Network Hyperexcitability | PRRT2 基因缺失改变了短时程突触可塑性并促进海马神经元网络超兴奋性 | 技术 | PRRT2 |
| 20 | 2019 | Stem Cell Transl Med | Systematic Differences in Differentiation Methods of Human Pluripotent Stem Cell Retinal Organoids | 人类多能干细胞视网膜类器官的分化方法存在系统差异 | 技术 | 视网膜类器官分化 |
| 21 | 2018 | Front. Cell. Neurosci. | Physiological Classification of Retinal Ganglion Cells via Nonparametric Methods | 可通过非参数方法对视网膜神经节细胞进行生理分类研究 | 视网膜 | 神经节细胞分类 |
| 22 | 2018 | Front. Cell. Neurosci. | High-Density MEA as a Tool for Monitoring Convulsant Drug-Induced Activity | 高密度 MEA 成为监测不同惊厥药物诱发活动的工具 | 视网膜 | 惊厥药物监测 |
| 23 | 2018 | Front. Cell. Neurosci. | Three-Dimensional Models of the Central Nervous System Developed for Motor Neuron Disease Research | 中枢神经系统的三维模型被开发用于运动神经元病研究 | 技术 | 3D CNS 模型 |
| 24 | 2018 | J. Neurosci. | Early Emergence and Propagation of Hippocampal Fast Ripples After Cortical Traumatic Brain Injury | 皮质创伤性脑损伤后海马快速波纹早期出现并传播 | 视网膜 | 快速波纹 |
| 25 | 2018 | Nat. Commun. | Aberrant Alternative Splicing of PRPF31 and Ciliogenesis Defects Lead to Molecular Mechanisms of Retinitis Pigmentosa | PRPF31 基因的可变剪接异常及纤毛生成障碍导致视网膜色素变性的分子机制已阐明 | 视网膜 | PRPF31 |
| 26 | 2018 | PLOS Comput Biol | Identifying Excitatory-Inhibitory Connectivity and Network Topology of Large-Scale Neuronal Ensembles Through Multielectrode Recording | 大规模神经元集群通过多电极记录识别其兴奋-抑制连接和网络拓扑结构 | 技术 | 兴奋-抑制连接 |
| 27 | 2018 | Nat. Nanotechnology | Plasmonic Super-Electrodes Enable Intracellular Recording on High-Density CMOS Multielectrode Arrays | 等离子体超电极能在高密度 CMOS 多电极阵列上进行胞内记录 | 技术 | 等离子体超电极 |
| 28 | 2018 | IEEE TBioCAS | Neural Signal Analysis Using Fully Programmable System-on-Chip for Closed-Loop Control | 神经信号分析利用全可编程系统芯片实现闭环控制 | 技术 | SoC 闭环控制 |
| 29 | 2018 | Stem Cells | Human iPSC-Generated Light-Responsive Retinal Organoids with Variability and Nutrient-Dependent Efficiency | 人类诱导多能干细胞生成具有可变异性和营养依赖性效率的光响应性视网膜类器官 | 视网膜 | 光响应视网膜类器官 |
| 30 | 2018 | IJCNN | Spike Train Synchrony Assessment in Neuronal Culture Networks | 神经元培养网络的脉冲序列同步性通过 spike train 分析进行评估 | 技术 | 尖峰同步性 |
| 31 | 2018 | FENS | Purkinje Cell Discharge Activity Recorded by High-Density Multielectrode Arrays as a Novel Tool for Compound Validation | 浦肯野细胞放电活动由高密度多电极阵列记录成为化合物验证的新工具 | 技术 | 浦肯野细胞 |
| 32 | 2018 | Sci. Rep. | State-Dependent Stimulus-Evoked Activity Characterization in Neural Culture Systems | 神经培养系统在记录中表现出依赖于状态的刺激诱发活动表征 | 技术 | 状态依赖性活动 |
| 33 | 2018 | J. Neurosci. | Eliminating Horizontal Cell Glutamatergic Input Alters Dynamic Range and Receptive Field Organization of Mouse Retinal Ganglion Cells | 消除水平细胞谷氨酸能输入改变了小鼠视网膜神经节细胞的动态范围和感受野组织 | 视网膜 | 水平细胞 |
| 34 | 2018 | Methods Mol. Biol. | Manufacturing Methods for Multielectrode Arrays for Neurobiological Applications | 多电极阵列的制造方法为神经生物学应用研究提供基础 | 技术 | MEA 制备 |
| 35 | 2017 | Sci. Rep. | Developmental Disruption of GABA Polarity Switch in 22q11.2 Deletion Syndrome | 22q11.2 缺失综合征中 GABA 极性转换的发育异常被破坏 | 网络 | 22q11.2 缺失 |
| 36 | 2017 | Neuroinformatics | SPICODYN Toolbox for Neuronal Network Dynamics and Connectivity Analysis of Multi-Site Spike Signals | SPICODYN 工具包支持多站点 spike 信号的神经元网络动态和连接分析 | 网络 | SPICODYN |
| 37 | 2017 | PLOS Comput Biol | Locally Recurrent Neuronal Populations Initiate Coordinated Spontaneous Activity in Networks | 局部循环连接的神经元群体在网络中启动协调的自发活动 | 网络 | 循环连接 |
| 38 | 2017 | ACS Nano | Critical Role of Inorganic Nanoparticle Surface Charge for Neuronal Targeting | 无机纳米颗粒表面电荷对神经元靶向性的关键作用得到揭示 | 网络 | 纳米粒子 |
| 39 | 2017 | Sci. Rep. | CMOS-MEA High-Resolution Imaging of Aβ-Induced Neural Network Dysfunction for Neurotoxicity and Rescue Studies | CMOS-MEA 能够高分辨率成像 Aβ 诱导的神经网络功能障碍为神经毒性研究和拯救研究提供工具 | 网络 | Aβ 毒性 |
| 40 | 2017 | Neural Regen. Res. | Polyethylene Glycol Restores Axonal Conduction After Corpus Callosum Transection | 聚乙二醇恢复胼胝体横断后的轴突传导功能 | 技术 | 聚乙二醇、轴突传导 |
| 41 | 2017 | Cell Reports | Unsupervised Spike Sorting for Large-Scale High-Density Multielectrode Arrays | 大规模高密度多电极阵列的尖峰分类采用无监督方法 | 技术 | 无监督尖峰分类 |
| 42 | 2017 | Sci. Rep. | Light Responses of Developing Retinal Ganglion Cells Characterized Across the Entire Retina | 发育中视网膜神经节细胞的光响应在全视网膜范围内得到表征 | 技术 | 发育期视网膜 |
| 43 | 2016 | J. Comput. Neurosci. | Echoing Burst Propagation and Synchronization Mechanisms in Developing Cultured Networks | 回响性爆发放电的传播与同步机制在发育中的培养网络中被研究 | 网络 | 回响爆发 |
九、核心文献详细解读
📖 文献 1：A Claustrum in Reptiles and its role in Slow-Wave Sleep
🏆 Norimoto et al. (2020). Nature. DOI: 10.1038/s41586-020-1993-6
🦎 澳洲鬃狮蜥（Pogona vitticeps）、乌龟 | Max Planck Institute for Brain Research
📌 研究背景与目的
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 背景 | 哺乳动物的屏状核（claustrum）因其与几乎所有皮层区域的广泛连接，被假设参与多种高级功能，包括意识、决策和感觉整合。然而，屏状核的进化起源和功能保守性尚不清楚。 |
| 目的 1 | 鉴定爬行动物大脑中是否存在屏状核同源物 |
| 目的 2 | 探究屏状核在慢波睡眠中的具体功能角色 |
| 目的 3 | 理解屏状核-皮层系统在睡眠节律生成中的作用 |
🔬 研究方法
A. 在体电生理记录
手术准备
- 术前给药：Butorphanol 0.5 mg/kg（镇痛）+ Meloxicam 0.2 mg/kg（抗炎）+ Marbofloxacin 2 mg/kg（抗生素）
- 麻醉：异氟烷（1-4 Vol%）+ 气管插管
- 体温维持：32°C（加热垫）
- 心率监测：多普勒血流探测器
开颅手术
- 颅骨窗：3×2 mm（顶眼后外侧）
- 硬脑膜/蛛网膜移除
- 导线植入（参考电极+地线）
硅探针植入
- 型号：32 通道（双排 16 触点）
- 触点间距：50 μm | 触点面积：177 μm²
- 植入深度：0.9-1.2 mm
- 固定：牙科水泥
记录参数
- 系统：Cheetah Digital Lynx SX
- 采样率：32 kHz
- 滤波：0.1-9,000 Hz
- 记录位点：皮层、前 DVR、后 DVR
B. 离体脑切片电生理
切片制备
- 麻醉方案：异氟烷 + 氯胺酮 60 mg/kg + 咪达唑仑 2 mg/kg
- 断头取脑 → 振动切片（VT1200S, Leica）→ 切片厚度：700 μm
ACSF 配方
| 成分 | 浓度 |
|---|---|
| NaCl | 126 mM |
| KCl | 3 mM |
| CaCl₂ | 1.8 mM |
| MgCl₂ | 1 mM（记录用） |
| NaHCO₃ | 24 mM |
| NaH₂PO₄ | 0.72 mM |
| Glucose | 20 mM |
| 气体 | 95% O₂ + 5% CO₂ |
恢复与记录
- 恢复时间 ≥60 分钟 | 温度 20-22°C | ACSF 流速 4 ml/min
C. CMOS-MEA 记录（3Brain HD-MEA）
系统参数
- 电极数量：4,096 | 排列：64×64 矩阵 | 电极尺寸：21×21 μm
- 电极间距：81 μm | 记录面积：5.12×5.12 mm
Mini-slice 实验
- 将 700 μm 厚切片进一步分割为 0.61-3.12 mm²
- 定位：amDVR vs plDVR
- 使用 Hippocalcin 抗体标记验证
D. 单细胞 RNA 测序
scRNA-seq 流程
- 细胞数：20,257 | 神经元：4,054（glutamatergic）
- 聚类方法：Louvain | 降维：UMAP | 29 个 glutamatergic cluster
amDVR marker
- HPCA（Hippocalcin）、ADARB2、CPNE4（外侧）、RORB（内侧）
- GNG2, SYNPR, RGS12（哺乳动物屏状核 marker）
E. 损伤实验
红藻氨酸损伤
- 药物：Ibotenic acid（5 μg/μL）
- 体积：400-600 nL | 注射速率：50-100 nL/min | 注射后留针：3 分钟
- 假手术对照：同等体积 PBS
🖼️ 关键图片说明
Figure 1：在体睡眠记录发现 SWRs
| 面板 | 内容 |
|---|---|
| Fig 1a | DVR 两个位点的同步记录 → 皮层下 subcortical 记录 → 慢波睡眠（SWS）期间规律性 sharp-waves |
| Fig 1b | 8 小时睡眠的自/互相关分析 → δ 频段（0-4 Hz）自相关 → β 频段（10-40 Hz, REM）自相关 → 彩色条带显示单次 1000 秒睡眠片段 |
| Fig 1c | SWR 传播模式 → (i) 慢波睡眠放大图，展示 SWR 协调性和前后延迟 → (ii) 单个 SWR 及高频 ripple 成分 → 传播延迟：前部→后部达 200 ms |
| Fig 1d-e | 延迟分布统计 → 以前部为基准的互相关 → SW 从后部触发的延迟分布 |
Figure 2：离体切片定位 SWR 起源
| 面板 | 内容 |
|---|---|
| Fig 2a-c | CMOS-MEA 记录 SWR 传播 → 水平 DVR 切片的传播 snapshot → 5 个位点的 SWR 波形（amplitude 和 onset time 差异）→ 空间延迟图：从前内侧向后外侧传播 → 传播速度 ~39 mm/s |
| Fig 2d-f | Mini-slice 实验 → 将厚切片分割为 mini-slices → amDVR: n=13, plDVR: n=9 → 结果：仅 amDVR 产生 SWRs → 频率：11.9±1.7 min⁻¹（amDVR） |
Figure 3：scRNA-seq 鉴定屏状核
| 面板 | 内容 |
|---|---|
| Fig 3a | UMAP 可视化 → 4,054 个 glutamatergic 神经元 → 29 个 cluster → Cluster 19, 20 定位于 amDVR |
| Fig 3b | Marker 表达热图 → HPCA, ADARB2, GNG2, SYNPR, RGS12 高表达 → 点大小：表达细胞比例 → 颜色：表达水平 |
| Fig 3c-e | 解剖验证 → HPCA 免疫染色 → ADARB2 原位杂交 → RORB+CPNE4 双杂交 |
| Fig 3g | 跨物种比较 → 63%（cluster 19）和 75%（cluster 20）投射到小鼠屏状核 cluster → 证明同源性 |
Figure 4：损伤实验验证因果
| 面板 | 内容 |
|---|---|
| Fig 4a-b | 损伤效应 → 单侧损伤：同侧 SWR 消除，对侧保留 → 双侧损伤：双侧 SWR 消除 → REM 睡眠节律不受影响 |
| Fig 4d | 统计结果 → 假手术 vs 损伤：p<1.73×10⁻⁶⁰ → 睡眠节律完整 |
| Fig 4e-h | 神经调质实验 → 5-HT：抑制 SWR（p=1.5×10⁻⁴）→ NA, DA, ACh：调节 SWR 频率 → 5-HT 受体亚型实验 |
📊 研究结果
主要发现
| 发现 | 内容 |
|---|---|
| SWR 特征 | 慢波睡眠中规律性 sharp-wave ripples，频率 16.45±0.98 min⁻¹ |
| 起源定位 | 前内侧 DVR（amDVR） 是 SWR 产生的唯一区域 |
| 传播模式 | 从 amDVR 向前外侧传播，速度 ~39 mm/s |
| 进化保守 | 爬行动物和乌龟中都存在屏状核同源物 |
| 功能角色 | 屏状核是 SWR 产生的必要结构，但不参与睡眠节律生成 |
关键数据对比
| 参数 | 离体切片 | 在体记录 |
|---|---|---|
| SWR 频率 | 16.45±0.98 min⁻¹ | 12.4±1.8 min⁻¹ |
| Ripple 频率 | ~70-150 Hz | ~70-150 Hz |
| SWR 宽度 | 119±40 ms | — |
| 传播延迟 | — | 最多 200 ms |
| 传播速度 | — | ~39 mm/s |
证明的结论
- 🏛️ 屏状核是古老的结构：在爬行动物和哺乳动物中保守存在，可能起源于 3.2 亿年前的羊膜动物共同祖先
- 🎯 功能专化：屏状核专门负责慢波睡眠 Sharp-wave ripple 的产生和传播，但不参与睡眠-觉醒节律的切换
- 🌐 广泛投射：屏状核向皮层和 DVR 广泛投射，整合来自中脑/后脑的感觉输入（5-HT、NA、DA、ACh 受体）
- 🔬 方法学价值：在体-离体结合的研究范式为神经科学研究提供了完整证据链的范例
科学意义
| 维度 | 意义 |
|---|---|
| 🧬 进化意义 | 证明屏状核在羊膜动物中保守 → 提示其功能重要性 |
| 🎯 功能意义 | 明确屏状核在睡眠中的角色 → 解释 SWR 的产生机制 |
| 🔬 方法学意义 | in vivo + ex vivo + scRNA-seq + 损伤 = 完整证据链 → 为复杂脑功能研究提供范式 |
📖 文献 2：Enhanced electrophysiological recordings using 3D high-density MEAs
📄 PLoS One (2025). Enhanced electrophysiological recordings in acute brain slices, spheroids, and organoids using 3D high-density multielectrode arrays.
🔍 比较平面 MEA 与 3D μneedle MEA 在急性脑切片、球体和类器官中的应用
🎯 研究目的
比较传统平面电极与新型 3D 微针电极在离体神经组织电生理记录中的性能差异，为不同样本类型选择最佳记录方案提供依据。
🔬 实验方法
A. 样本类型与制备
| 样本 | 来源/参数 |
|---|---|
| 急性脑切片（小脑） | C57BL/6J 小鼠, P18-P30 → 矢状小脑切片, 300-400 μm → 振动切片机 |
| 脑球体 | hiPSC 衍生气浮培养 → 尺寸 400 μm 或 600 μm → 培养时间 DIV 19-20 |
| 类器官 | 皮质类器官 hCO（219 天）+ 脊髓类器官 hSO（131 天）+ 组装体 hCO + hStrO（2 周后） |
B. 3D HD-MEA vs 平面 HD-MEA 结构对比
| 电极类型 | 高度 | 宽度 | 材料 | 排列 |
|---|---|---|---|---|
| 📌 3D μneedle MEA | 15-90 μm | 14-30 μm | 金基座 + 铂/氧化铂微针 | 64×64 |
| 📐 平面 MEA | 0 μm（平面） | 21×21 μm 面积 | 铂薄膜 | 64×64 |
C. 切片固定与记录方式对比
| 对比项 | 📐 平面 MEA | 📌 3D MEA |
|---|---|---|
| 切片固定 | 铂金线（100 μm 直径）四角固定 | 覆盖网 Mesh 或尼龙网（可选） | 无需锚定 → 组织直接放置于微针阵列上 → 微针穿透组织，提供稳定接触 |
| 记录设置 | 采样率 18 kHz → 预处理高通滤波 350 Hz → PTSD 算法，阈值 7 SD → Bralyan MEA Tools | 同上 |
| 温度控制 | 急性切片 35-37°C → 球体/类器官 35-37°C/5% CO₂ → 稳定时间 5-25 分钟 | 同上 |
D. 记录配置示意图对比
平面 MEA 记录配置
切片 (300 μm) ═══════════════════════════════════════════════ [铂金线固定] ░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░ [铂薄膜电极 21×21 μm]特点：仅表面接触，信号较弱
3D μneedle MEA 记录配置
切片 (300 μm) ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓ │ │ │ │ │ │ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ [微针电极 15-90 μm高, 14-30 μm宽]特点：深度穿透，信号增强 2-5 倍
📊 研究结果
| 对比项 | 📐 平面 MEA | 📌 3D μneedle MEA |
|---|---|---|
| 急性切片信号强度 | 标准 | 增强 2-5 倍 |
| 活性通道数 | 较少 | 相似或更多 |
| 切片固定 | 需要铂锚 | 无需锚定 |
| 组织接触 | 表面接触 | 深度穿透 |
| 厚切片/3D 结构 | 适用性有限 | 更优 |
证明结论
- 📈 3D MEA 提供更强的信号：微针穿透组织，获取更多活性细胞的信号
- 🔧 切片固定更简便：无需铂锚固定，降低操作复杂性
- ⚖️ 两种 MEA 互补：根据样本类型选择——薄切片用平面，厚切片/3D 结构用 3D
- 📋 方法学指南：为不同样本提供最优 MEA 选择建议
📖 文献 3：MEA-seqX: High-Resolution Profiling of Large-Scale Electrophysiological and Transcriptional Network Dynamics
📄 Advanced Science (2025). MEA-seqX: 大规模电生理和转录网络动力学的高分辨率分析
🔗 核心技术：HD-MEA 记录 + scRNA-seq 联合
🎯 研究目的
开发一种能够同时获取大规模电生理活动和单细胞转录组的方法，实现网络动力学与细胞类型身份的联合解析。
🔬 实验方法
MEA-seqX 工作流程
| 步骤 | 操作 |
|---|---|
| Step 1: HD-MEA 记录 | 急性脑切片/类器官放置于 CMOS-MEA → 自发活动记录（5-10 分钟）→ 刺激诱发活动（如需要）→ 活动热点识别 |
| Step 2: 活动引导的细胞分选 | Acute (MAP) 3 标记活性区域 → FACS 分选：活动热点 vs 静息区域 → 单细胞或 bulk RNA-seq |
| Step 3: 联合分析 | 电生理特征 ↔ 转录组特征 → 识别活动相关基因模块 → 网络动力学的分子机制 |
原理示意图
[CMOS-MEA芯片]
↓
┌──────────────────────────────────────────────────┐
│ 活动热点区域 (MAP3标记) │
│ ↑ ↑ ↑ │
│ [细胞] [细胞] [细胞] ← FACS分选 │
│ │
│ 静息区域 │
│ ○ ○ ○ │
└──────────────────────────────────────────────────┘
↓
[scRNA-seq] ───→ [电生理-转录组联合分析]
📊 研究结果
| 发现 | 内容 |
|---|---|
| 活动相关基因 | 鉴定出与同步爆发活动相关的基因模块 |
| 细胞类型差异 | 不同类型神经元在相同刺激下表现不同转录响应 |
| 网络-分子关联 | 网络振荡模式与特定离子通道基因表达相关 |
证明结论
- ✅ 技术可行性：成功实现电生理与转录组的同步获取
- 🔀 功能异质性：同一脑区的不同细胞亚群具有不同的活动模式和转录特征
- 🧬 分子机制：网络活动的维持依赖特定的离子通道和突触基因表达
📖 文献 4：Human-derived cortical neurospheroids coupled to passive, high-density and 3D MEAs
📄 Bioengineering (2023). Human-derived cortical neurospheroids coupled to passive, high-density and 3D MEAs
🧫 人源皮质神经球体 (Neurospheroids)
研究方法
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 神经球体制备 | 来源：hiPSC 衍生的皮质神经元 | 培养：气浮法 (STS) 形成球体 | 尺寸 200-600 μm | 成熟 DIV 19-20 |
| MEA 记录 | 平面 HD-MEA + 3D HD-MEA | 温度 35°C | 气体 5% CO₂ | 立即记录自发活动 |
| 验证 | 免疫组化：神经元标记 (MAP2, NeuN) | 突触标记：Synapsin, PSD95 | 电镜：突触结构 |
研究结果
| 发现 | 内容 |
|---|---|
| 自发活动 | 神经球体在 MEA 上显示自发同步爆发 |
| 网络成熟度 | DIV 19-20 球体显示成熟网络活动模式 |
| 3D MEA 优势 | 3D MEA 记录到更多活性位点 |
证明结论
- 人源神经球体是有效的体外模型
- 3D MEA 更适合记录 3D 结构
- 可用于药物筛选和毒性测试
📖 文献 5：使用 3Brain MEA 的心脏毒性评估
📄 相关文献
- Improving reliability and reducing costs of cardiotoxicity assessments using laser-induced cell poration on microelectrode arrays. Tox. App. Pharm.
- Multi-chamber cardioids unravel human heart development. Cell
实验方法
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 人心肌细胞 MEA 记录 | 来源：hiPSC 衍生心肌细胞 / 心脏类器官 | 培养：RPMI1640 + 10% FBS | 自发跳动：是 |
| 场电位记录参数 | FPD（场电位持续时间）| EAD 检测（早期后除极）| 节律分析（跳动率变异性） |
| 心脏毒性测试 | 阳性对照：已知致心律失常药物（E-4031, Cisapride 等）→ 测试药物浓度梯度 → 评估 FPD 延长、节律异常 |
研究结果
| 指标 | 内容 |
|---|---|
| FPD | 场电位持续时间，与动作电位时长相关 |
| hERG 毒性 | FPD 延长预测 hERG 通道抑制 | MEA 心脏毒性检测与临床一致性高 |
证明结论
- MEA 是有效的心脏毒性筛选工具
- 激光穿孔技术提高记录可靠性
- 可用于早期药物安全性评估
十、按应用领域分类的文献总结
一、🧬 神经发育与类器官
1.1 神经类器官研究
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| 前脑类器官多组学 | 引导 vs 非引导前脑类器官比较 | scRNA-seq + HD-MEA | 揭示细胞组成和代谢差异 |
| 脊髓类器官（SMA） | SMA 患者类器官的发育异常 | HD-MEA + 反义寡核苷酸治疗 | 治疗可挽救异常 |
| 脑组装体（SCN2A） | SCN2A 缺陷破坏皮质-纹状体环路 | 6 孔板类器官 + HD-MEA | 揭示自闭症机制 |
| 基底核类器官 | 具有 nbM-皮层胆碱能投射 | hiPSC + HD-MEA | 生成功能性投射 |
1.2 神经发育异常
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| CXCR4 免疫缺陷 | 结构和精神运动缺陷的神经发育起源 | HD-MEA | 揭示发育缺陷机制 |
| 22q11.2 缺失 | GABA 极性转换异常 | 神经元培养 + HD-MEA | 异常导致神经网络缺陷 |
| CACNA1A | 功能缺失影响神经发生 | hiPSC 模型 + HD-MEA | 揭示癫痫共济失调机制 |
| β-catenin 突变 | 导致智力障碍 | HD-MEA | 揭示综合征特征 |
二、🧓 神经退行性疾病
2.1 阿尔茨海默病
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| 海马网络破坏 | 网络水平表征 AD 海马功能障碍 | HD-MEA 急性切片 | 揭示网络水平损伤 |
| Aβ42 寡聚体 | 对原代皮质网络的病理效应 | CMOS-MEA | 证实毒性机制 |
2.2 其他神经退行性疾病
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| 共济失调毛细血管扩张症 | 类器官揭示线粒体功能障碍 | HD-MEA 类器官 | 揭示氧化应激机制 |
| PCDH19 | 神经元网络活动与连接性受损 | 条件敲除小鼠 + HD-MEA | 揭示发作机制 |
| 唐氏综合征 | 脉络丛缺陷增强 SARS-CoV-2 神经嗜性 | 类器官 + HD-MEA | 揭示神经嗜性机制 |
三、⚡ 癫痫与惊厥
3.1 癫痫机制研究
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| 耐药性癫痫 | 体外模型筛选抗癫痫药物 | HD-MEA 急性切片 | 建立筛选平台 |
| 热性感染相关癫痫 | 筛选有效药物 | HD-MEA 急性切片 | 识别有效药物 |
| PARP1 | DNA 断裂导致致死性癫痫 | HD-MEA 急性切片 | 揭示分子机制 |
| 双氢青蒿素 | 通过调节铁稳态抗癫痫 | HD-MEA + 2-photon 成像 | 揭示新机制 |
| 脂质积累星形胶质细胞 | 促进癫痫进展 | HD-MEA 急性切片 | 揭示新靶点 |
3.2 惊厥药物监测
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| 惊厥药物监测 | 高密度 MEA 作为监测工具 | HD-MEA | 建立标准化方案 |
四、👁️ 视网膜与视觉系统
4.1 视网膜功能研究
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| 鸟类视网膜传导 | 跳跃式轴突传导 | HD-MEA 视网膜切片 | 揭示传导机制 |
| 神经节细胞分类 | 功能分类新方法 | HD-MEA 视网膜切片 | 建立分类方法 |
| 缝隙连接 | 神经节细胞信号均衡 | HD-MEA 视网膜切片 | 揭示信号整合 |
| 黑视蛋白 | 瞳孔光反射中的作用 | HD-MEA 视网膜切片 | 揭示非图像形成机制 |
| 水平细胞 | 动态范围和感受野 | HD-MEA 视网膜切片 | 揭示抑制机制 |
4.2 视网膜类器官
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| 光响应视网膜类器官 | 可变和营养依赖性效率 | 类器官 + HD-MEA | 建立模型 |
| 视网膜毒性 | 全面验证毒性评估工具 | 类器官 + HD-MEA | 验证评估工具 |
| microRNA | 不同波长光调控 | 类器官 + HD-MEA | 揭示光响应机制 |
五、🎛️ 神经调控与电刺激
5.1 深部脑刺激
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| 苍白球 DBS | 恢复正常小脑皮层活动 | HD-MEA 急性切片 | 揭示 DBS 机制 |
| 经颅磁刺激 | 轴突形态决定可塑性阈值 | HD-MEA 急性切片 | 揭示阈值决定因素 |
5.2 神经调质
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| 5-HT | 抑制屏状核 SWR | HD-MEA 切片 | 揭示睡眠调节 |
| NA, DA, ACh | 调节 SWR 频率 | HD-MEA 切片 | 揭示调质作用 |
| 阿拉伯木聚糖 | 调节谷氨酸能爆发 | HD-MEA hiPSC 神经元 | 揭示营养作用 |
六、🧠 小脑与运动系统
6.1 小脑研究
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| 小脑信号传播 | 各向异性与频率依赖性 | HD-MEA 急性切片 | 揭示信号传播特征 |
| 浦肯野细胞 | 化合物验证新工具 | HD-MEA 急性切片 | 建立验证平台 |
| 攀爬纤维/浦肯野 | 精神分裂症模型异常 | HD-MEA 急性切片 | 揭示异常机制 |
| 小脑突触可塑性 | 阵发性肌张力障碍模型 | HD-MEA 急性切片 | 揭示可塑性异常 |
| 小胶质细胞 | 促炎激活导致共济失调 | HD-MEA 急性切片 | 揭示新机制 |
6.2 运动神经元
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| 运动神经元祖细胞 | 高效生成系统 | 单层培养 + HD-MEA | 建立方法 |
| 神经肌肉类器官 | 模拟癌症诱发的肌肉恶病质 | 类器官 + HD-MEA | 建立模型 |
七、💓 心脏研究
| 研究主题 | 内容 | 技术 | 核心发现 |
|---|---|---|---|
| 心脏类器官 | 揭示心脏发育和缺陷 | 多腔室心脏类器官 + HD-MEA | 建立模型 |
| 心脏毒性 | 激光穿孔 MEA 评估 | 心肌细胞 + HD-MEA | 提高可靠性 |
| DAND5 | 心脏分化中功能 | 基因编辑 hiPSC + HD-MEA | 揭示调控机制 |
人心肌细胞 MEA 记录详情
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 来源 | hiPSC 衍生心肌细胞 / 心脏类器官 |
| 培养 | RPMI1640 + 10% FBS |
| 自发跳动 | 是 |
| 场电位记录参数 | FPD（场电位持续时间）| EAD 检测（早期后除极）| 节律分析（跳动率变异性） |
| 心脏毒性测试 | 阳性对照：已知致心律失常药物（E-4031, Cisapride 等）→ 测试药物浓度梯度 → 评估 FPD 延长、节律异常 |
💡 关键指标说明
- FPD（场电位持续时间）：与动作电位时长相关
- hERG 毒性：FPD 延长预测 hERG 通道抑制 → MEA 心脏毒性检测与临床一致性高 → MEA 是有效的心脏毒性筛选工具
- 激光穿孔技术：提高记录可靠性 → 可用于早期药物安全性评估
八、🔧 技术方法学
8.1 数据分析工具
| 工具 | 功能 | 期刊 |
|---|---|---|
| nicespike & spikeNburst | 增强电生理数据分析 | STAR Protocols (2025) |
| Xenon LFP | 局部场电位分析 GUI | Frontiers in Neuroscience (2022) |
| SPICODYN | 神经元网络动态分析 | Neuroinformatics (2017) |
| 无监督尖峰分类 | 大规模 MEA 分类 | Cell Reports (2017) |
8.2 新技术开发
| 技术 | 功能 | 期刊 |
|---|---|---|
| 3D HD-MEA | 增强急性切片和类器官记录 | PLoS One (2025) |
| MEA-seqX | 电生理 + 转录组联合 | Advanced Science (2025) |
| 等离子体超电极 | 网络水平胞内记录 | Nat. Nanotechnology (2018) |
| CMOS 闭环控制 | 神经信号闭环控制 | IEEE TBioCAS (2018) |
十一、附录
附录 A：期刊影响因子分布
| 影响因子区间 | 文献数量 | 代表期刊 |
|---|---|---|
| >50 | — | Nature, Cell, Neuron |
| 20-50 | — | Nature Neuroscience, Nature Communications, Cell Stem Cell |
| 10-20 | — | Advanced Science, EMBO Reports, ACS Nano |
| 5-10 | — | PLoS Biology, Cell Reports, Scientific Reports |
| 2-5 | — | Frontiers 系列, J. Neurosci., Methods |
| <2 | — | 会议论文, JoVE |
附录 B：样本类型-研究领域矩阵
| 样本类型 | 神经发育 | 神经退行 | 癫痫/惊厥 | 视网膜 | 心脏毒性 | 睡眠/觉醒 | 神经调控 | 神经肌肉 | 工具开发 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 🧊 急性脑切片 | ✅ | ✅ | ✅ | — | — | ✅ | ✅ | — | ✅ |
| 🧫 神经元培养 | ✅ | ✅ | ✅ | — | — | — | — | — | ✅ |
| 🧠 类器官 | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ | — | — | — | ✅ |
| 👁️ 急性视网膜 | — | — | — | ✅ | — | — | — | — | ✅ |
| 👁️ 视网膜类器官 | — | — | — | ✅ | ✅ | — | — | — | ✅ |
| 💓 心肌细胞 | — | — | — | — | ✅ | — | — | — | ✅ |
| 💓 心脏类器官 | — | — | — | — | ✅ | — | — | — | — |
| 🔮 3D 球体 | ✅ | — | — | — | — | — | — | — | ✅ |
| 💪 神经肌肉类器官 | — | — | — | — | — | — | — | ✅ | ✅ |
附录 C：关键缩写对照
| 缩写 | 全称 | 中文 |
|---|---|---|
| MEA | Microelectrode Array | 微电极阵列 |
| HD-MEA | High-Density MEA | 高密度微电极阵列 |
| CMOS | Complementary Metal-Oxide-Semiconductor | 互补金属氧化物半导体 |
| SWR | Sharp-Wave Ripple | 尖锐波涟漪 |
| LFP | Local Field Potential | 局部场电位 |
| hiPSC | human Induced Pluripotent Stem Cell | 人类诱导多能干细胞 |
| ESC | Embryonic Stem Cell | 胚胎干细胞 |
| ACSF | Artificial Cerebrospinal Fluid | 人工脑脊液 |
| DIV | Days In Vitro | 体外培养天数 |
| TTX | Tetrodotoxin | 河豚毒素 |
| 5-HT | Serotonin | 五羟色胺 |
| NA | Noradrenaline | 去甲肾上腺素 |
| DA | Dopamine | 多巴胺 |
| ACh | Acetylcholine | 乙酰胆碱 |
| scRNA-seq | single-cell RNA sequencing | 单细胞 RNA 测序 |
| DVR | Dorsal Ventricular Ridge | 背侧室管膜脊 |
| amDVR | anterior medial DVR | 前内侧 DVR |
| plDVR | posterior lateral DVR | 后外侧 DVR |
📞 联系人：李东伟
📱 18045130660
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