Nature 子刊:新型自动化膜片钳技术

【字体: 时间:2012年05月08日 来源:生物通

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  来自麻省理工学院和佐治亚理工学院的研究人员开发出一种新方法实现了在活体大脑中自动化寻找和记录来自神经元的信息。研究人员利用单细胞检测计算机运算控制单个机器手臂,以相比人类试验操作人员更高的精确度和速度鉴别和记录下了活体小鼠大脑中的神经元。相关论文发布在5月6日的Nature Methods杂志上。

  

生物通报道  来自麻省理工学院和佐治亚理工学院的研究人员开发出一种新方法实现了在活体大脑中自动化寻找和记录来自神经元的信息。研究人员利用单细胞检测计算机运算控制单个机器手臂,以相比人类试验操作人员更高的精确度和速度鉴别和记录下了活体小鼠大脑中的神经元。相关论文发布在5月6日的《自然方法》(Nature Methods)杂志上。

上接:Nature methods:解析神经细胞运作的新技术

吸管每一步推近两微米,每秒测量10次阻抗。一旦检测到细胞,它会立即停止,防止它戳穿细胞膜。“这是一件机器人可以完成而人却无法做到的事情,”Boyden说。

一旦吸管发现细胞,它会利用吸力与细胞膜形成一个密封圈。然后,电极突破细胞膜记录细胞内部电活动。这一机器人系统可以90%的准确度检测细胞,在约40%时间内建立了与检测细胞的联系。

研究人员还证实通过注入染料他们的方法可用于确定细胞的形状,现在他们正在致力于抽取细胞内容物以读取它的遗传信息。

新技术开发的研究经费主要来自于美国国家卫生研究院、国家科学基金会和麻省理工学院媒体实验室。

研究人员近期成立了一家称为“Neuromatic Devices”的公司打算将该设备商业化。

现在研究人员正致力于扩大电极的数量以实现同时记录多个神经元,这有可能使他们能够确定大脑连接部分的差异。

他们还与合作者一起正努力开始展开对大脑中发现的数千种神经元类型的分类研究工作。这一大脑“元件明细表”不仅是通过形状(分类最常用的方法)鉴别神经元,而且还通过电活动和遗传信息。

“如果你真想知道神经元是什么样,你可以看看它的形状,你还看看它是如何兴奋的,如果你能揭示出它的遗传信息,你就能够真正知道正在发生什么。现在你知道了一切,这就是完全的画面,”Forest。

Boyden说他相信这还仅仅是将机器人技术应用于神经科学研究活体动物的开始。像这样的机器人有可能被用于在大脑靶向位点注入药物,或传递基因治疗载体。他希望这也将激励神经科学家们继续从事其他类型的机器自动化技术的开发,例如光遗传学,可利用光来干扰靶向神经回路,确定神经元在大脑功能中的因果作用。

神经科学是目前机器人尚未造成重大影响的少数生物学区域之一,Boyden说:“人类已经完成了基因组计划,通过巨型机器人可以完成所有的基因组测序。在定向进化或合成生物学中,机器人可以完成大量的分子生物学研究。在生物学的其他领域,机器人也是必不可少的。”

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Automated whole-cell patch-clamp electrophysiology of neurons in vivo

Whole-cell patch-clamp electrophysiology of neurons is a gold-standard technique for high-fidelity analysis of the biophysical mechanisms of neural computation and pathology, but it requires great skill to perform. We have developed a robot that automatically performs patch clamping in vivo, algorithmically detecting cells by analyzing the temporal sequence of electrode impedance changes. We demonstrate good yield, throughput and quality of automated intracellular recording in mouse cortex and hippocampus.

 

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