חשוב להבין כיצד הפעילות העצבית תומכת בתהליך קוגניטיבי, כגון למידה וזיכרון, על-ידי חקירת מאזורי מוח שונים הפועלים באופן דינאמי זה עם זה. כדי להבהיר דינמיקה של הפעילות העצבית הבסיסית משימות קוגניטיביות, בקנה מידה גדול אלקטרופיזיולוגיה לחילוץ כבר נערך באופן חופשי בעלי חיים בעזרת מערכים microdrive1,2,3, ד. בשני העשורים האחרונים, מספר סוגים של מערך microdrive פותחו כדי השתל אלקטרודות לאזורים המוח מרובים עבור חולדות5,6,7,8 ועכברים9, מיכל עשור , מיכל בן 11 , 12. עם זאת, עיצובים מיקרו כונן הנוכחי בדרך כלל לא מאפשרים שימוש בסוגי בדיקה מרובים, לאלץ חוקרים לבחור סוג אלקטרודה אחת עם הטבות ומגבלות ספציפיות. לדוגמה, מערכי tetrode פועלים היטב עבור אזורי מוח מאוכלסים בצפיפות כגון ההיפוקמפוס הCA11,13, בעוד שבדיקות סיליקון נותנות פרופיל גיאומטרי טוב יותר ללמידה של חיבורים אנטומיים14 , . חמש עשרה
Tetrodes ובדיקה סיליקון משמשים לעתים קרובות בהקלטה vivo כרונית, ולכל אחד יש יתרונות וחסרונות משלו. Tetrodes הוכחו יש יתרונות משמעותיים בבידוד יחידה אחת טובה יותר מאשר אלקטרודות יחיד16,17, בנוסף האפקטיביות עלות קשיחות מכנית. הם גם מספקים תשואות גבוהות יותר של פעילות יחידה בודדת בשילוב עם microdrives8,18,19,20. חיוני להגדיל את מספר הנוירונים הנרשמים בו זמנית להבנת התפקוד של מעגלים עצביים21. לדוגמה, מספר גדול של תאים נחוצים כדי לחקור אוכלוסיות קטנות של סוגי תאים הטרוגנית פונקציונלית כגון זמן הקשור22 או תגמול קידוד23 תאים. מספרי תאים גבוהים הרבה יותר נדרשים כדי לשפר את איכות פענוח רצפי ספייק13,24,25.
Tetrodes, עם זאת, יש חיסרון בהקלטת תאים מבוזרים מרחב, כמו בקליפת המוח או תלמוס. בניגוד tetrodes, סיליקון בבדיקות יכול לספק הפצה מרחבית ואינטראקציה של פוטנציאל השדה המקומי (lfps) ופעילויות העולה בתוך מבנה מקומי14,26. Multi-shank בבדיקות סיליקון להגדיל עוד יותר את מספר אתרי ההקלטה ולאפשר הקלטה על פני מבנים יחיד או שכנים27. עם זאת, מערכים כאלה הם גמישים פחות במיקום של אתרי האלקטרודה לעומת tetrodes. בנוסף, אלגוריתמים מורכבים של מיון דקר נדרשים בבדיקות בצפיפות גבוהה כדי לחלץ מידע על הפוטנציאל הפעולה של ערוצים שכנים כדי לשקף את הנתונים שנרכשו על ידי tetrodes28,29,30. מכאן, התשואה הכוללת של יחידות יחיד היא לעתים קרובות פחות מאשר tetrodes. יתר על כן, בדיקה סיליקון הם חוסר יתרון בשל בסדר שלהם ועלות גבוהה. כך, הבחירה של tetrodes vs. סיליקון בדיקה תלוי במטרה של ההקלטה, שהיא שאלה אם קבלת תשואה גבוהה של יחידות יחיד או פרופיל מרחבי באתרי ההקלטה הוא העדיפות.
בנוסף הקלטת פעילות עצבית, מניפולציה אלקטרואופטיקה הפך לאחד כלים חזקים יותר במדעי המוח כדי לבחון כיצד סוגי תאים ספציפיים ו/או מסלולים תורמים פונקציות המעגל העצבי13,31, 32,33. עם זאת, ניסויים אלקטרואופטיקה דורשים שיקול נוסף בעיצוב מערך microdrive כדי לחבר את מחבר סיבים גירוי מקורות אור34,35,36. לעתים קרובות, חיבור סיבים אופטיים דורש כוח גדול יחסית, אשר עשוי להוביל לשינוי מכני של הגשוש במוח. לכן, זו אינה משימה טריוויאלית לשלב סיבים אופטיים מוהשתלות למערכים מיקרו-כוננים קונבנציונליים.
מהסיבות הנ ל, החוקרים נדרשים כדי למטב את הבחירה של סוג של האלקטרודה או להשתיל סיבים אופטיים בהתאם למטרה של ההקלטה. לדוגמה tetrodes משמשים כדי להשיג תשואה יחידה גבוהה יותר ההיפוקמפוס1,13, בעוד הסיליקון בדיקה משמשים כדי לחקור את פרופיל עומק למינארי של אזורים קליפת המוח, כגון קליפת entorhinal המדיאלי (MEC)37. כיום, מיקרו כוננים עבור השרשה בו של tetrodes ובבדיקות סיליקון דווחו עבור חולדות5,11. עם זאת, זה מאוד מאתגר להשתיל tetrodes מרובים ובדיקות סיליקון בעכברים בגלל המשקל של מיקרו-כוננים, שטח מוגבל על ראש העכבר, ודרישות מרחבית לעיצוב microdrives להעסיק בדיקות שונות. למרות שניתן להשתיל בדיקה סיליקון ללא microdrive, הליך זה אינו מאפשר התאמה של החללית ומפחית את שיעור ההצלחה של סיליקון-בדיקה התאוששות12,38. יתר על כן, ניסויים אלקטרואופטיקה דורשים שיקולים נוספים בעיצוב מערך microdrive. פרוטוקול זה מדגים כיצד לבנות ולשתול מערך microdrive עבור הקלטה כרונית בעכברים נעים בחופשיות, אשר מאפשר השרשה של תשעה באופן עצמאי tetrodes מתכוונן אחד opto-סיליקון לבדוק. מערך זה מיקרודרייב מקלה גם על ניסויים אלקטרואופטיקה והתאוששות של לווין הסיליקון.