侵入式技术汇总

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最早被用来记录大脑活动的技术包括：基于检测神经元的电位变化技术(基于电极的侵入式技术)和基于神经元集群的电位变化技术(非侵入式技术，比如脑电图EEG).

常见的侵入式技术包括：

1）微电极

微电极是一种用于连接脑组织的极细金属丝或其他导电体等。

2）细胞内记录

测量神经元活动的一种直接方法是测量神经元细胞膜电压或电流的细胞内记录，常用的细胞内记录技术为膜片钳记录，如下图。不过该技术相较于细胞外记录，已经很少使用了。

（Electrode：电极；Micropipette：微管；cell membrane：细胞膜；Na+ channel：钠离子通道）

3）细胞外记录

对单个神经元的细胞外记录是一种常见的侵入式技术，该技术常在动物的完整大脑上实施。该技术的实施过程如下：

a.将由钨或者铂铱合金制作的微电极插入到目标脑区()端部尺寸小于10um)；

b.调整微电极的深度使其插入的深度足够接近一个细胞体，以采集由细胞动作电位引起的电压波动。示意图如下：

（Amplifler：放大器；Intracellular electrode：细胞内电极；Extracellular electrode：细胞外电极）

c.利用放大器检测信号；

d.将放大器的信号输入给计算机，并由计算机对信号进一步处理(eg.过滤噪声和分离锋电位)。

4)四极管和多电极记录

多个电极可以同时记录多个神经元的信号。四极管就是这样一种常用的配置，其优点是在四极管导线附近的每个神经元对于四个记录位置都有一个唯一的标签，这使得隔离和记录大量的神经元成为可能。

5）多电极阵列

将微电极排成一个网状结构，形成一个m x n的多电极整列。多电极阵列基于与单电极记录时的相同现象来检测动作电位：动作电位产生时，钠离子快速进入细胞内，造成细胞外的电压急剧变化，该变化可由阵列中与该细胞邻近的电极检测到。

6）皮质脑电图

皮质脑电图(Electrocorticography,ECoG)是一种将电极放置在大脑表面来记录大脑信号的技术，该技术需要将电极植入大脑表面。与单细胞电极或多电极阵列不同，ECoG电极能够记录神经元集群互动引起的电位波动。

7）微皮质脑电图

微皮质脑电图(microECoG)电极可以克服ECoG需要较大尺寸电极(直径几毫米)的缺点。microECoG电极的直径为零点几毫米，相比于传统的ECoG,它检测神经元活动的分辨率更高。

8）光学记录：电压敏感材料和双光子钙成像

基于电压敏感材料和双光子荧光显微镜的成像技术属于侵入式光学技术。基于电压敏感材料的成像技术工作原理：染料通过改变其吸收率和荧光来反映细胞膜电位变化，使神经元一旦染上电压敏感染料，就能将其电位活动成像。

双光子钙成像技术是基于神经元中的电活动通常与钙浓度的变化相关的事实：神经元细胞膜中多种电压门控性钙通道的开放，神经元去极化伴随着钙离子的流入。而钙离子也可能从细胞内释放出来。故通过对电压变化引起的钙离子活动进行成像，能够观察到单个神经元的点活动。

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