使用电极系统记录皮层与皮下神经元活动
0 次观看 • 3:49 分钟 • July 8th, 2025
从一名在脑内神经元丰富的皮层下区域深部植入了脑深部电刺激（DBS）电极的人类受试者开始。
在头皮上标记脑电图电极放置的位置。
使用消毒剂清洁标记位置，并涂抹导电膏以确保电极接触。
将脑电图电极连接至头皮标记处，以监测皮层神经元。
将DBS电极和EEG电极连接至EEG控制箱，以进行信号放大和记录。
进行一项视觉测试，要求参与者注视箭头组成的图案。
眼睛会检测到模式的变化，从而向大脑提供视觉刺激。
这种刺激会激活大脑皮层和皮层下区域的神经元，产生电信号。
DBS 电极记录来自皮层下神经元的神经电活动，而 EEG 电极则记录来自皮层区域的神经元活动。
首先在测试室内设置脑电图（electroencephalography，EEG）设备。将记录用计算机连接至EEG系统，并启动EEG记录软件。点击文件，然后点击新建工作区，在EEG记录软件中定义工作区，设置采样频率为5千赫兹，根据国际10-20系统设定脑电通道的低截止频率和高截止频率，以及局部场电位（local field potential，LFP）通道。点击监控，以确认所指定的通道现已设置为可记录状态。
接下来，设置刺激计算机，并检查其与脑电系统并行端口的连接。启动Stimulus软件，点击运行，以在计算机显示器上检查实验范式的功能是否正常。
通过在呈现刺激以及受试者作出反应期间，检查刺激计算机的触发信号是否出现在脑电图记录软件上，确保触发信号已从刺激计算机发送至记录系统。使用皮肤标记笔将受试者头部的头顶点标记为鼻根点与枕外隆凸之间连线的中点。随后，根据国际10-20系统标定所选的脑电图电极位置。
使用异丙醇擦拭垫和研磨膏清洁每个选定部位。然后，将脑电图表面电极贴附至头皮。将深部脑刺激（DBS）电极的经皮延长电缆连接至外部电缆连接器。根据脑电图记录设置，将外部电缆连接器提供的每个电极连接至脑电图控制盒。将脑电图头皮电极连接至脑电图控制盒。
接下来，向患者讲解关于Flanker任务的指导说明。确保患者处于舒适状态，并告知其若感到不适可随时停止实验。在刺激软件上点击运行，使患者能够在显示器上看到实验范式。对患者进行一次训练，直至其熟悉该任务。最后，在患者执行Flanker任务的同时，开始同步记录皮层下局部场电位（LFP）和皮层脑电图（EEG）脑活动。
概述
本研究探讨在视觉任务期间同时记录皮层下局部场电位（LFP）和皮层脑电图（EEG）的方法。该方法采用深部脑刺激（DBS）电极和脑电图（EEG）电极，以监测人类受试者的神经元活动。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 电生理学
- 行为测试
背景
- 深部脑刺激（DBS）可用于治疗多种神经系统疾病。
- 脑电图（EEG）能够提供有关皮层活动的信息。
- 局部场电位（LFP）与脑电图（EEG）的同步记录可增进对脑功能的理解。
- 视觉任务可同时激活皮层和皮层下区域。
研究目的
- 探究皮层与皮层下神经元活动之间的相互作用。
- 评估视觉刺激在激活脑区方面的有效性。
- 改进在认知任务期间记录脑活动的方法学。
使用的方法
- 对植入DBS电极的受试者进行脑电图（EEG）记录前准备。
- 根据国际10-20系统放置电极。
- 在任务过程中向受试者呈现视觉刺激。
- 在侧向任务（flanker task）期间同步记录局部场电位（LFP）和脑电图（EEG）。
主要结果
- 成功记录到来自皮层和皮层下区域的神经元活动。
- 视觉刺激在脑电图（EEG）和局部场电位（LFP）信号中引发了可测量的反应。
- 受试者能够有效地完成侧翼任务。
- 该实验装置展示了在未来脑活动研究中的可行性。
结论
- 同步进行的脑电图（EEG）和局部场电位（LFP）记录为脑功能研究提供了重要信息。
- 该方法可应用于认知神经科学领域的进一步研究。
- 未来的研究可探索不同的任务和刺激范式，以加深理解。
常见问题
执行层面的行业相关性
同步记录大脑皮层和皮层下神经元活动，可通过阐明认知任务期间全脑范围内的信号传导机制，在靶点验证中实现机制性风险降低。该方法通过将皮层读数与深部脑区活动相关联，提高神经精神类药物研发的预测可信度。同时，通过转化性生物标志物的匹配，为中枢神经系统靶向治疗药物的研发组合决策提供依据。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：通过绘制基于注意力任务期间皮层-皮层下网络的参与情况，验证治疗假设。
- 操作价值：通过直接测量神经元激活相关的局部场电位（LFP）和脑电图（EEG），实现靶点的生物学风险降低。
- 预测价值：通过量化大脑区域间对视觉刺激的信号传递，支持靶点可信度。
筛选与检测方法开发
- 检测准备：通过建立对视觉刺激的基线局部场电位（LFP）和脑电图（EEG）反应，为化合物筛选准备经过验证的神经生理系统。
- 定量输出：提供同步的LFP和EEG测量数据，支持对中枢神经系统活性化合物进行剂量-反应分析。
- 可重复性：采用10-20系统标准化电极放置位置，并统一刺激时序，确保跨实验室生物标志物验证的一致性。
转化与临床前研究
- 疾病相关性： 建模人类在认知与情绪冲突任务中的表现，以与神经精神疾病领域的临床终点保持一致。
- 转化连续性： 通过保守的神经回路读数，将发现阶段的靶点调控与临床前验证相衔接。
- 基于风险评估的推进决策： 在针对皮层靶向干预期间，通过检测对皮层下处理的脱靶效应，为继续或终止决策提供依据。
流程与工作流整合
该方法通过提供客观的神经生理学读数，将目标假设验证、先导化合物鉴定到临床前疗效评估的发现过程整合为一体。
- Discovery Biology：通过揭示认知参与期间视觉刺激如何从皮层传播到皮层下网络，支持通路的阐明。
- Screening：通过稳定、时间锁定的局部场电位（LFP）和脑电图（EEG）记录，检测化合物诱导的神经同步性改变，实现检测就绪。
- Analytics：提供定量的LFP振幅和EEG功率指标，可用于比较药物对皮层与皮层下活动的影响。
- Translational Research：通过在动物模型中使用保守的类似侧翼任务范式，连接临床前研究，实现跨物种生物标志物的验证。
- Enterprise Reuse：建立可重复使用的神经生理学平台，用于在不同治疗领域评估多个中枢神经系统靶点。
运营与企业影响
- 科学价值：通过直接测量分布式脑网络的参与情况，减少靶点验证中的机制模糊性。
- 操作价值：通过标准化的脑电图设置、刺激时序和电极参考协议，确保实验可重复性。
- 战略价值：通过早期识别具有生物活性的化合物，减少因靶点未有效参与而导致的后期研发失败，提高资本使用效率。
- 项目组合影响：基于一致的皮层和皮层下反应特征，实现对中枢神经系统候选药物的风险调整后优先排序。
实施注意事项
- 需要具备电生理学、神经解剖学以及侵入性和表面电极操作中人类受试者安全方面的专业知识。
- 依赖于能够同步进行高带宽局部场电位（LFP）和脑电图（EEG）记录并具备精确触发同步功能的EEG控制箱。
- 需要神经科学、检测方法开发和数据分析团队之间进行跨团队标准化，以确保生物标志物解读的一致性。
- 在将人类侧翼任务范式转化为动物模型或替代性认知检测时，需考虑适应性调整。
- 受限于植入深部脑刺激（DBS）电极的受试者可及性，在缺乏替代模型的情况下，限制了高通量筛选的可扩展性。
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最后更新：22 八月 2026