面向脑类器官的微电极阵列技术发展现状及趋势

肖禹1,陈荣荣1,陈康明1,陈海松1,林芃1,2,何恩慧2,纪俊峰3,4(1.浙江大学 计算机科学与技术学院;2.浙江大学 脑机智能全国重点实验室;3.浙江大学 医学院;4.南湖脑机交叉研究院)

摘要: 脑类器官是通过人多能干细胞自我组织和诱导分化产生的体外三维细胞培养物,能够部分模拟人脑结构及功能。微电极阵列(Microelectrode Array, MEA)技术能够低损伤、高通量、高时空分辨率地检测脑类器官电生理活动,为脑类器官神经网络的功能表征提供高效的检测平台。脑类器官与MEA 技术的融合在神经系统发育及疾病机理研究、生物神经网络智能计算以及在体修复领域引发了广泛关注。在神经系统发育及疾病机理研究方面,MEA技术能够实时长期追踪脑类器官的动态发育过程,并且通过检测不同疾病来源脑类器官的电生理参数信息探究疾病发病机理。在生物神经网络智能计算方面,脑类器官具有异质的三维网络结构和可塑性,是良好的计算载体,通过与MEA 的交互,能够构建低功耗、高效率的计算平台。同时,MEA 技术在基于脑类器官为载体的神经系统修复领域展现出了广阔的技术应用前景。

关键词: 脑类器官;微电极阵列;神经系统疾病;神经计算;神经系统修复