近年來，已經可以利用光遺傳學技術通過從生物體體外曝露光線來控制神經細胞的活動。然而，既往的光纖方法僅限於控制單一神經群，難以同時精確操控多個區域。由於僅靠光學刺激無法完全解析神經網路中資訊處理和傳播的複雜機制，因此迫切需要一種能夠以高解析度測量和誘發神經活動的技術。
日本豐橋技術科學大學電氣與電子資訊工程系的關口寬人副教授、電氣與電子資訊工程專業碩士研究生筱原豪太，以及東北大學研究生院藥學研究科的佐佐木拓哉教授和鹿山將特任研究員等，成功開發出能在生物組織深處高精度控制神經活動，並實現多點同時記錄神經活動的集微型LED和神經電極於一體的混合探針。研究團隊使用這種新型混合探針，成功以高空間和高時間解析度記錄了小鼠大腦中光刺激誘導特定神經活動的過程。這一成果有望使人類對神經網路的理解發生極大飛躍。相關研究成果已發表於《Applied Physics Express》網路版。
圖1.微型LED與神經電極相整合的混合探針，能夠同時實現特定部位光刺激和多點神經活動記錄（供圖：豐橋技術科學大學）
近年來，利用微型LED的多點光刺激器件使得分佈控制多組神經元成為可能，有望推動對神經網路動態特性的理解產生飛躍性進步。
此次研究團隊開發了一種可同時在生物體內進行深度光刺激和神經活動記錄的混合整合微型LED和神經電極的新型針狀器件。微型LED探針可對特定部位進行光照射，而神經電極探針則負責測量神經活動的電信號。
這種探針可獨立製造，精確調整每個探針並通過Au微凸塊將它們高精度連接起來。藉助高精度的Au微凸塊控制技術，團隊可以將LED和電極之間的間隙調節至10微米級別，從而實現了高空間解析度。同時，探針的接合角度誤差小於0.02度，確保了其出色的平行性，使其能夠順利穿透小鼠大腦深部。此外，研究團隊還將搭載6個微型LED和6個神經電極的混合探針植入小鼠大腦，實現了對特定部位的光照射以及周邊神經活動的誘發和記錄。
這種混合探針克服了既往光遺傳學方法在空間上的限制，能夠高度精確地控制和測量神經活動，為研究神經網路動態提供了強有力的工具，也為開發神經系統疾病治療方法提供了新的可能性。未來，研究團隊計劃進一步整合更先進的多點刺激和記錄功能，推動其在神經科學研究和醫療領域的實際應用。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Applied Physics Express
論文：Hybrid Probe
Combining MicroLED and Neural Electrode for Precise Neural Modulation and MultiSite Recording.
DOI：10.35848/1882-0786
