使用 CMOS 高密度微电极阵列系统从急性脑切片记录高质量癫痫样活动
作者: Melissa L. Blotter*, Isaac W. Stubbs*, Jacob H. Norby*, Maxwell Holmes, Ben Kearsley, Alexis Given, Kutter Hine, Micah R. Shepherd, R. Ryley Parrish
机构: 杨百翰大学（细胞生物学与生理学系、神经科学中心、统计学系、生物学系、物理与天文学系）
期刊: J. Vis. Exp. (211), e67065, doi:10.3791/67065 (2024)
发表日期: 2024 年 9 月 27 日
通讯作者: R. Ryley Parrish (ryley_parrish@byu.edu)
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摘要
互补金属氧化物半导体高密度微电极阵列（CMOS-HD-MEA）系统能够以前所未有的电生理细节从细胞培养物和离体脑切片中记录神经生理活动。CMOS-HD-MEA 最初针对从细胞培养物记录高质量神经元单元活动进行了优化，但也已证明可从急性视网膜和小脑切片中产生质量数据。研究人员最近使用 CMOS-HD-MEA 从急性啮齿动物皮层脑切片记录局部场电位（LFP）。其中一个感兴趣的 LFP 是癫痫样活动。虽然许多用户使用 CMOS-HD-MEA 产生了短暂的自发性癫痫样放电，但很少有用户能够可靠地产生高质量的癫痫样活动。许多因素可能导致这一困难，包括电噪声、使用浸没式记录腔时产生癫痫样活动的不一致性，以及 2D CMOS-MEA 芯片仅从脑切片表面记录的局限性。
本协议中详述的技术应使用户能够使用 CMOS-HD-MEA 系统一致地从急性脑切片中诱导和记录高质量的癫痫样活动。此外，本协议概述了 CMOS-HD-MEA 芯片的适当处理、实验期间溶液和脑切片的管理以及设备维护。
引言
商用高密度微电极阵列（HD-MEA）系统（包括具有数千个记录点的 MEA 芯片和放大及数字化数据的 MEA 平台）是电生理研究的新兴工具。这些 HD-MEA 系统使用互补金属氧化物半导体（CMOS）技术从细胞培养物和离体脑切片制备中以高灵敏度记录电生理数据。这些 MEA 系统通过高电极密度和优质的信噪比，为神经生理学研究提供了前所未有的时空分辨率。
该技术主要用于研究细胞外动作电位，但也可以从各种神经元脑切片制备中捕获高质量的局部场电位（LFP）。由于 CMOS-HD-MEA 系统的高分辨率记录能力，用户可以以极高的空间精度追踪电生理活动。这一能力对于追踪网络 LFP 的传播模式尤为相关。因此，CMOS-HD-MEA 系统可以提供对生理和病理活动从各种细胞培养和脑切片制备中传播模式的前所未有的理解。
值得注意的是，CMOS-HD-MEA 系统的这些能力可以使研究人员同时对比不同脑区的癫痫模式，并分析各种抗癫痫化合物如何影响这些模式。通过这样做，它提供了一种研究癫痫发生和癫痫传播的创新方法，并有助于理解药理学如何破坏病理网络活动。因此，CMOS-HD-MEA 系统的这些新能力可以为神经系统疾病的研究做出重大贡献，并有助于药物发现研究。
当使用 CMOS-HD-MEA 系统研究 LFP（如急性脑切片中的癫痫样活动）时，用户可能面临许多挑战，包括严重的电噪声、在实验过程中保持切片健康，以及从仅从脑切片表面记录的二维（2D）CMOS-MEA 芯片检测高质量信号。本协议描述了正确接地 MEA 平台和实验中使用的其他设备的基本步骤，这一关键步骤可能需要针对每个实验室设置进行单独定制。此外，我们讨论了有助于在 CMOS-HD-MEA 系统使用的浸没式腔室中长时间记录期间保持脑切片健康的步骤。
与更常见的电生理记录方法（从脑切片深处记录）不同，大多数 CMOS-HD-MEA 系统使用不穿透切片的 2D 芯片。因此，这些系统需要健康的神经元外层来产生大部分记录的 LFP 信号。为克服这些挑战，我们推荐一个简单但有效的协议，增加实现跨脑切片传播的高质量网络癫痫样活动的可能性。我们还简要描述了我们开发的公开可用的图形用户界面（GUI）及相关资源，以协助数据可视化。
协议
涉及小鼠的实验已获得杨百翰大学机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准。使用 8 只雄性或雌性（n = 8）C57BL/6 小鼠，年龄至少 P21。
图 1：CMOS-HD-MEA 实验示意图。（A）通过首选切割方法制备脑切片并进行亚解剖以适配 MEA。（B）准备溶液和 CMOS-HD-MEA 芯片。（C）亚解剖的脑切片放置在电极阵列上并浸入适当的溶液中。（D）从收集的数据中选择相关通道。然后数据在用户首选的程序中准备进行分析。
1. 准备溶液
表 1：aCSF 溶液
| 名称 | 浓度 (mM) | g/L |
|---|---|---|
| 氯化钠 (NaCl) | 126 | 7.36 |
| 氯化钾 (KCl) | 3.5 | 0.261 |
| 磷酸二氢钠 (NaH₂PO₄) | 1.26 | 0.151 |
| 碳酸氢钠 (NaHCO₃) | 26 | 2.18 |
| 葡萄糖 (C₆H₁₂O₆) | 10 | 1.80 |
| 氯化镁 (MgCl₂) | 1 (从 1 M 储备液) | 1 mL |
| 氯化钙 (CaCl₂) | 2 (从 1 M 储备液) | 2 mL |
- 准备实验溶液：
- 准备 1 L 人工脑脊液（aCSF）（详见表 1）
- 准备 1 L 促惊厥溶液
💡 注意：本协议中用于产生癫痫样活动的溶液使用含 100 μM 4-氨基吡啶（4-AP）的 aCSF 或无镁离子的 aCSF。
- 使用多孔石对所有溶液通气至少 10 分钟
- 获取一个烧杯用于丢弃溶液
- 将 1 L aCSF、1 L 促惊厥溶液和丢弃烧杯放在靠近灌注系统的表面上
1.2 准备切割和保持腔室溶液
- 准备 0.5 L aCSF，省略 CaCl₂ 并添加 3 mM MgCl₂（而不是 1 mM）以创建独特的切割溶液。保留此溶液用于啮齿动物脑切片制备，将其放置在急性脑切片制备区域附近
- 准备 0.5 L aCSF 并将其放入组织保持腔室中，该腔室将用于保留切片以供实验使用。将多孔石插入组织保持腔室并在将亚解剖切片放入腔室之前通气至少 10 分钟
2. 制备啮齿动物脑切片
- 按上述准备所有溶液（见第 1 节）。确保在制备过程中所有溶液都正确通气
💡 注意：推荐使用切割溶液（见第 1.2 节），但也可以使用其他切割溶液获得优质脑切片，如蔗糖切割溶液。
- 使用振动切片机制作 350 μm 啮齿动物脑切片
- 制备啮齿动物脑切片以适配 MEA 芯片的记录电极区域（见图 2）。使用 10 号手术刀片亚解剖切片，如图 1A 和图 2A 所示，通过在脑切片上轻轻来回滚动刀片。在振动切片机切割腔中进行亚解剖。小心不要损坏亚解剖的脑切片
- 将亚解剖切片放入充满 aCSF 的组织保持腔室中。确保腔室在添加亚解剖切片之前已通气至少 10 分钟
3. 设备准备
3.1 准备 MEA 芯片和系统
⚠️ 注意：塑料和金属等硬质材料如果用力接触芯片井底部，很容易损坏 MEA 芯片。使用移液器将溶液转移进出芯片时，不要用移液器接触芯片井底部，特别是芯片井侧面的参比电极和芯片井中心的记录电极。相反，通过悬停在芯片井底部或接触或接近芯片井的塑料边缘来添加溶液。要轻松抽出所有溶液，稍微倾斜芯片使溶液汇集到芯片井的一侧并从汇集溶液的顶部移除，或使用防静电擦拭巾轻轻轻拍仍有溶液的区域。不要通过握住芯片井或芯片引脚来运输芯片。芯片井可容纳约 4 mL 溶液。对于后续步骤，如未另作说明，用约 2 mL 溶液填充芯片井。
图 2：配置和技术图。（A）本协议实验中使用的小鼠急性脑切片选择示意图。（1）海马区（2）新皮层区。（B）急性小鼠脑切片和 harp 在微电极阵列（MEA）上的正确放置。（C）3Brain Accura CMOS-HD-MEA 芯片的解剖结构。（D）灌注入口和出口的正确配置。输入应深入芯片井，而输出应位于入口对面的芯片井顶部，以保证新鲜、通氧 aCSF 的恒定流动。
- 在开始芯片准备之前，为各种任务指定转移移液器。标记一个移液器用于乙醇，一个用于废物，另一个用于 aCSF，其他用于任何剩余溶液，以防止意外混合
- 用 190-proof 乙醇填充 MEA 芯片的井，使芯片井底部完全覆盖（图 3）。让乙醇静置 30-60 秒，然后用丢弃移液器移除
- 用 aCSF 填充 MEA 芯片的井并用丢弃移液器移除，以冲洗芯片井中残留的乙醇。使用之前指定的废物和 aCSF 移液器从芯片井中添加和移除 aCSF 三次。清洗芯片井三次后，添加 aCSF 并让其静置至少 30 秒
💡 注意：在用乙醇和 aCSF 冲洗后，aCSF 在腔室中停留至少 45 分钟时，记录电极表现出最少的疏水相互作用噪声。
- 在对接 MEA 芯片之前，用防静电擦拭巾蘸取 190-proof 乙醇擦拭芯片的引脚（图 2C）
- 轻轻将 MEA 芯片滑入 MEA 平台并接合对接机制将芯片锁定到位
- 检查记录电极和参比电极是否有气泡（图 2C）。如果有气泡，用干净的画笔轻轻扫过电极以去除它们
- 使用 CMOS-HD-MEA 软件检查芯片是否有噪声，并目视扫描伪彩色图是否有气泡、非生物振荡或电干扰引起的尖峰。适当接地 MEA 系统以消除遇到的任何噪声
💡 注意：接地设置将取决于记录环境。对于本协议中的实验，MEA 平台和灌注系统都接地。
图 3：脑切片实验的芯片准备和放置示意图。（A）用乙醇冲洗芯片井一次，然后用 aCSF 冲洗三次。（B）用防静电擦拭巾蘸乙醇擦拭引脚。（C）对接芯片。（D）将脑切片放在电极上。（E）将 harp 放在脑切片上（见图 2 获取正确的放置指南）。（F）用扭曲的防静电擦拭巾轻拍记录电极井靠近脑切片的角落。
4. 实验
4.1 放置脑切片
- 将铂金 harp 放在称量船（或其他清洁表面）上，靠近 MEA 平台。用约 3 mL aCSF 覆盖 harp 以减少其疏水倾向
- 使用剪刀剪掉转移移液器的尖端部分。剪掉约三分之一的移液器尖端，约 1.5 英寸
💡 注意：这种改良的移液器在收集和运输过程中不会收缩或损坏脑切片。
- 用改良的移液器从切片保持腔室收集脑切片。轻轻地将脑切片和移液器中的任何溶液分配到芯片井中。要正确定位切片，轻轻从转移移液器释放更多 aCSF 以操纵脑切片的位置，或使用软画笔在溶液中产生推动脑切片到记录电极上的电流。尽量减少与记录电极或脑切片的接触以最小化损坏
- 使用镊子将 harp 轻轻放在脑切片上，线朝下以将切片压在记录电极上。避免 harp 接触电极阵列。定向 harp，使没有框架的一侧朝向流入针，harp 的框架不接触任何记录电极（图 2C、D）
- 使用丢弃移液器移除多余的 aCSF。取一块防静电擦拭巾，扭转一角创建一个尖端，用它吸收记录电极周围剩余的 aCSF，不接触记录电极、脑切片或 harp（图 2）
- 使用指定的 aCSF 移液器，快速添加足够的通气 aCSF 以覆盖脑切片，约 2 mL
- 重复步骤 4.1.5 和 4.1.6 两次
- 用通气 aCSF 填充井直到井约 3/4 满，约 3 mL
- 用显微镜或相机拍摄 MEA 芯片上脑切片的照片。确保照片具有足够高的分辨率以看到记录电极阵列的边界和脑切片的解剖结构
4.2 运行实验
- 操作灌注系统：
- 将流入和流出管放入充满 aCSF 的烧杯中，并将流入和流出针放入芯片井中。将流入针放置在芯片井底部附近，刚好在记录电极外面。将流出针放置在芯片井顶部附近，靠近边缘，使液体几乎上升到芯片井的边缘，约 4 mL，切片在整个实验过程中浸没（图 2D）
- 将灌注流入设置为 5 mL/min，流出设置为 7 mL/min
💡 注意：建议流出速率超过流入速率，以避免溶液从芯片井溢出并在脑切片上产生溶液电流。
- 打开流入和流出。将流入针从芯片井中移除，直到针开始输出溶液而不是空气。然后，将针放回芯片井内如步骤 4.2.1.1 所述的位置
- 使用溶液加热器将溶液保持在或接近生理温度，约 34-37°C
- 让 aCSF 在脑切片上灌注 10 分钟。这将允许切片适应记录环境
- 10 分钟过后，将流出管移到丢弃烧杯。然后，将流入管移到含有促惊厥溶液的烧杯。允许非惊厥 aCSF 灌注出灌注系统到丢弃烧杯 10 分钟
- 将流出管转移到含有促惊厥溶液的烧杯中
- 让促惊厥溶液循环直到实验完成
- 如果切片记录持续时间超过 2 小时，考虑准备另一种促惊厥溶液以抵消活跃脑切片的葡萄糖消耗
-
交换脑切片：
- 关闭流入。10-15 秒后关闭流出
- 使用镊子移除 harp 并将其放在称量船或其他表面上
- 使用改良的移液器提取并丢弃脑切片。不要触摸参比电极或记录电极阵列（图 2C）
- 将流入管放入含有非惊厥 aCSF 溶液的烧杯中。将流出管放在丢弃烧杯中。将流入和流出针留在芯片井中。运行灌注系统 10 分钟以从芯片井和灌注系统中移除所有残留的促惊厥溶液。用新的脑切片重新开始实验过程（从步骤 4.1 开始）
-
完成实验：
- 从井中分别移除 harp、脑切片和溶液
- 取下 MEA 芯片，将其放在清洁表面上，并用去离子水填充芯片井
- 丢弃去离子水以清除 aCSF 溶液留下的任何盐分
- 使用转移移液器，用洗涤剂溶液填充芯片井。将转移移液器的尖端悬停在芯片井中并指向记录电极。快速并反复挤压和释放洗涤剂到转移移液器中以剧烈清洗记录电极上的洗涤剂 1 分钟。让洗涤剂静置 5-10 分钟
- 移除洗涤剂，然后用去离子水冲洗芯片井 4-6 次以移除洗涤剂溶液和任何剩余的溶质
- 从芯片井中移除所有水，然后将防静电擦拭巾放在 MEA 芯片上并过夜放置以允许芯片井干燥
- 将称量船或其他防水板放在 MEA 记录平台上 MEA 芯片之前休息的位置。将 harp 放在板中央，并将流入和流出针放在 harp 的任一侧
- 通过分别将 50 mL 水、50 mL 140-proof 乙醇和 200 mL 水通过管道送入丢弃烧杯来清洁灌注系统和 harp
💡 注意：此时可以提高灌注速度以减少清洁时间，但流出速度必须始终超过流入速度以避免泛滥。
- 通过将碳化石放在蒸馏水烧杯中并通过管道输送碳化 5 分钟来清洁碳化石。将它们放在干燥、清洁的表面上过夜休息并覆盖它们以避免灰尘积累
5. 数据分析
💡 注意：有多种分析包用于分析 CMOS-HD-MEA 产生的电生理数据，包括 3Brain 的 BrainWave、Yet Another Spike Sorter（YASS）和自定义 Python 工具。我们从 BrainWave 数据文件格式中提取数据以用于 Xenon LFP 分析平台，生成图 4 和图 5 中呈现的数据。自定义 Matlab 代码用于分析图 6 中的数据。Xenon LFP 分析平台的协议可公开获取。
5.1 导出记录文件进行分析
- 为将降采样的数据记录文件创建一个文件夹
- 裁剪步骤 4.1.9 中拍摄的图片，使其仅包括带有脑切片的记录阵列
- 打开 ExportToHDF5-ChannelSelection.py 文件（此代码文件可在 GitHub 上访问 xenon-lfp-analysis/code-files/3Brain-processing）并将窗口顶部列出的 URL 粘贴到互联网浏览器中
- 输入数据记录文件的文件路径并上传与记录相关的阵列裁剪图像
- 在"选择导出通道"下，使用套索选择工具选择裁剪图像上显示的海马和新皮层区域
- 将跳过的行数和跳过的列数都设置为 2
💡 注意：记录文件通常很大；如果适合所需的分析，可以对导出的数据进行降采样。存在空间降采样（通过跳过记录电极的行和列）和时间降采样（通过降采样到较低的采样频率）的选项。在分析中，每 2 行和 2 列被跳过；这允许在空间上降采样数据而不对某些通道产生偏差。每个通道相距足够远，它们之间的活动差异可能很大；因此，不执行通道平均。当跳过电极的行和列时，未选择通道的数据在导出输出文件时不包括在内。
- 将降采样频率设置为 300 Hz
- 单击"导出通道"按钮生成通道选择文件
💡 注意：软件将自动将通道选择文件保存到保存数据记录文件的文件夹中。
- 打开 ExportToHDF5-ExtractDownsample.py 文件（也可在 GitHub 上找到 xenon-lfp-analysis/code-files/3brain-processing），粘贴包含通道选择文件和数据记录文件的文件夹的文件路径，然后在键盘上按 Enter 生成数据记录文件的降采样版本
5.2 使用分析平台
- 在计算机的命令提示符中，键入
run_lfp_analysis并点击 Enter 打开分析平台 - 输入图像和降采样记录文件的文件路径并单击提交
- 在"选择分析的时间范围"下，选择整个记录
- 在"选择绘图的通道"下，将海马突出显示为 Group-1，将新皮层突出显示为 Group-2
- 在"通道栅格"下，将阈值设置为 0.06 mV，时间持续时间设置为 0.02 s
- 单击"应用设置并生成栅格"
- 使用栅格图探索显示感兴趣活动模式的不同通道
💡 注意：见图 4 获取高质量癫痫样活动（图 4A-D）与次优活动（图 4E-F）的示例。
代表性结果
图 4：来自 0 Mg²⁺ 和 4-AP 范式的演变癫痫样活动示例。（A）在约 40 分钟内应用含 0 Mg²⁺ 的 aCSF 的示例栅格图。（B）取自新皮层（蓝色）和海马（红色）的示例电生理迹线，展示来自 0 Mg²⁺ 范式的癫痫样活动。（C）在约 40 分钟内应用 100 μM 4-AP 的示例栅格图。（D）取自新皮层（紫色）和海马（绿色）的示例电生理迹线，展示应用 4-AP 的癫痫样活动。（E）在约 40 分钟内应用含 0 Mg²⁺ 的 aCSF 的示例栅格图，展示爆发活动而非其他代表迹线中发现的癫痫样活动。（F）取自新皮层（深紫色）和海马（锈色）的示例电生理迹线，展示来自 0 Mg²⁺ 范式的次优活动，旨在与 B 和 D 中发现的质量癫痫样活动进行比较。
图 5：来自 0 Mg²⁺ 和 4-AP 范式的癫痫样放电代表结果。（A）0 Mg²⁺ 范式诱导的典型新皮层癫痫样事件的示例图，包括（Ai）癫痫样事件的频谱图、（Aii）相关的电生理迹线、（Aiii）应用于 Aii 迹线的 80 Hz 高通滤波器、（Aiiii）Aii 迹线的放大部分。（B）0 Mg²⁺ 范式诱导的典型海马癫痫样爆发的示例图，包括（Bi）癫痫样爆发的频谱图、（Bii）相关的电生理迹线、（Biii）应用于 Bii 迹线的 80 Hz 高通滤波器、（Biiii）Bii 迹线的放大部分。（C）4-AP 范式诱导的典型新皮层癫痫样事件的示例图，包括（Ci）癫痫样活动的频谱图、（Cii）相关的电生理迹线、（Ciii）应用于 Cii 迹线的 80 Hz 高通滤波器、（Ciiii）Cii 迹线的放大部分。（D）4-AP 范式下海马癫痫样爆发的示例图，包括（Di）癫痫样活动的频谱图、（Dii）相关的电生理迹线、（Diii）应用于 Dii 迹线的 80 Hz 高通滤波器、（Diiii）Dii 迹线的放大部分。
图 6：在范式和脑区之间各种频段的基线功率百分比比较。（A）癫痫样放电期间的功率在大多数频段之间在范式和脑区之间显著不同（双因素 ANOVA 与 Tukey 检验，*P < 0.05，**P < 0.001，***P < 0.0001）。每个箱的中间线代表平均值，箱的边界 ±1 标准误（SEM），最外面的线 ±2 SEM。（B）两种范式和脑区在 150 Hz 以上高频活动相关的频段中均表现出有限的功率。
正如从许多通道可视化活动时的标准做法，我们首先生成我们用 CMOS-HD-MEA 获取的数据的栅格图（图 4A、C、E）是有益的。该图可以通过在 y 轴上显示每个通道并在 x 轴上显示时间，为每个脑切片中所有记录通道的活动创建鸟瞰图。在此栅格图中，每个信号点代表已超过设定 LFP 电压阈值的通道。此类栅格图指示电生理活动何时以及在哪里跨空间和时间发生。以这种方式可视化数据允许用户充分利用 CMOS-HD-MEA 系统能力的空间和时间分辨率。
使用 0 Mg²⁺ 或 4-AP 范式时，经常在新皮层区域观察到强大的电图癫痫样活动。海马区域在脑切片之间表现出更大的变异性，一些脑切片展示癫痫样活动，另一些展示较短的（约 1 秒）瞬态放电（图 4 和图 5）。每个记录的功率归一化为记录开始时未观察到放电的 10 秒"安静"基线部分。所有进一步讨论的"功率"表示与样本内对照基线相比的光谱功率。
在所有展示的频段（1-150 Hz）中，在减去所有 60 Hz 电噪声（北美的交流频率）后，两种范式下海马和新皮层区域的癫痫样活动均显著大于基线。
0 Mg²⁺ 范式下新皮层活动在多个频段中比 4-AP 范式更强大。这对于 delta（1-4 Hz）、theta（4-8 Hz）、低 gamma（30-60 Hz）和高 gamma（60-150 Hz）频段都是如此（图 6）。此外，0 Mg²⁺ 范式下的海马活动在高 gamma 频段（60-150 Hz）中表现出比 0 Mg²⁺ 范式下的新皮层更高的功率，也比 4-AP 范式下评估的两个脑区域更高（图 6）。
讨论
本协议包括与急性脑切片管理相关的具体指南，解决了 CMOS-HD-MEA 用户面临的常见问题，即脑切片下方的噪声发展和在实验过程中为脑切片维持健康环境。当切片未正确粘附到阵列时会发生切片下方的噪声发展；如果脑切片未充分粘附，空气囊可以在切片下方形成，从而导致噪声。这将导致无法获取数据。为缓解这些挑战，本协议强调了两个关键步骤：首先，确保在放置期间正确的 harp 定向以防止流入灌注的晃动（步骤 4.1.4），其次，使用防静电擦拭巾移除电极周围多余的 aCSF，从而促进有效的切片粘附（步骤 4.1.5-4.1.7）。本协议解决的另一个常见问题涉及芯片疏水性，这可能导致气泡形成并在记录期间引入噪声。建议采取乙醇处理后用去离子水冲洗等步骤来缓解这些问题（步骤 3.1.2、3.1.3 和 3.1.6）。
为脑切片维持健康环境至关重要，通过正确放置流入和流出针以及灌注系统流速来管理（步骤 4.2.1）。正确为切片充氧并找到最有效的灌注速率是必要的。由于这些问题，界面腔通常用于急性脑切片记录并提供更稳定的充氧。然而，据报道，使用界面腔记录会压缩神经元之间的细胞外空间，这可以随时间改变切片的生理学。由此改变的生理学产生的表面张力动力学导致神经元更高的基线电敏感性。这种额外的兴奋性增加了癫痫样事件和其他感兴趣的 LFP 的可能性。相比之下，大多数 CMOS-HD-MEA 平台运行的浸没式腔可以更有效地向切片输送药物和葡萄糖。
当正确使用时，CMOS-HD-MEA 技术允许用户通过从多个脑区同时记录高空间密度（电极通常间隔 20-200 μm）来克服这些局限性。CMOS-HD-MEA 数据可以使研究人员以比大多数其他记录技术更高的细节区分和表征跨脑切片传播的活动模式。
虽然 CMOS-HD-MEA 技术表现出具有时间细节的优异空间映射能力，但也存在局限性，例如由于使用非穿透 2D 阵列而无法从皮层切片可靠地记录单个细胞，以及无法用于体内实验。CMOS-HD-MEA 系统通常仅从皮层切片记录局部场电位；但是，它们可能在某些通道上捕获高质量的细胞外动作电位，尽管这种能力可能不可靠。可以使用高通滤波器（约 50 Hz 高通）结合尖峰分选软件从 CMOS-HD-MEA 系统记录的通道上探索单细胞单元活动。
值得注意的是，可以将微电极记录与 CMOS-HD-MEA 系统结合，可能从几个位置获得单细胞信息，并叠加丰富的 CMOS-HD-MEA 信息。当前使用非穿透 2D 芯片的方法受到在皮层脑区检测较高频率活动（150-500 Hz）困难的限制。这可能是由于产生活动的神经元和记录电极之间的距离。这一挑战可以通过使用新的穿透性 3D-CMOS-HD-MEA 芯片来克服，这些芯片从脑切片内部记录，而不仅仅是在其表面。
总之，使用 CMOS-HD-MEA 呈现的协议和示例数据提供了收集高保真空间和时间 LFP 数据的路线图。该技术的未来应用包括将此协议应用于诱导癫痫样活动的其他范式，并将 CMOS-HD-MEA 与补充技术（如成像）集成。这些研究无疑将有助于我们使用这些简单的脑切片模型理解人类癫痫障碍。
参考文献
- Blotter, M.L. et al. High-Quality Seizure-Like Activity from Acute Brain Slices Using a CMOS-HD-MEA System. J. Vis. Exp. (211), e67065 (2024)
- 更多参考文献见原文（70 篇）
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