猕猴运动皮层动作电位与本地EEG相关性研究

灵长类脑运动皮层电活动在单细胞水平上是神经生理学家关注的焦点，目的是研究皮层神经元如何调控机体的运动；但在多细胞水平上（EEG）则是"脑机接口"专家感兴趣的课题，目的是使用神经元集群的信号控制脑外的设备。本质上，前者应为后者的基础，而后者应该充分利用前者的研究成果，但目前，除了在脑电信号采集部位上两者相似外，在诠释和分析神经信号方面都存在较大差异。这差异是由于我们还未透彻了解运动皮层神经元集群信号内在的原理，还未透彻了解单个细胞的动作电位与细胞集群产生的群体电位EEG之间的关系。因此，为深入了解这种关系，本课题将研究猕猴在运动准备、发起、执行等过程中运动皮层神经元动作电位与本地EEG信号间在时序、频率、同步与集群动力学等方面的关系。实验中将训练猕猴做上肢的二维及三维伸臂与顺序触摸运动，并使用多通道技术记录运动皮层神经元胞外动作电位、对应脑区颅骨上诱发的EEG和相关肌肉的EMG信息。

本课题涉及到两个部分的内容：一是相关电极（薄膜和硅针电极）的研发并在大鼠上进行验证性实验，二是使用这两种电极在猕猴大脑皮层运动区进行记录以期了解皮层动作电位与本地EEG之间的相关性。本课题在执行期间，已经有5只猕猴不同程度地学会了行为任务（用摇杆把光标推进到屏幕上8～16个方向的目标内）。多通道硅针电极和薄膜电极在大鼠皮层上的实验记录证明符合我们的要求，但是在猕猴上使用的薄膜电极由于导线工艺的问题导致实验未能够达到预期目的。. 我们先后设计了三款薄膜电极，从硬质聚酰亚胺材料电极到软质聚对二甲苯电极，再到10微米厚的超薄电极，薄膜电极上的记录位点数从4个一直增加到40个。电极介质的疏水性以及与脑皮质的贴合度是我们一直需要解决的关键问题。大鼠实验表明，硬质薄膜电极会导致大鼠皮层较大面积的损伤，实验成功率太低；软质电极不易与硬脑膜或者大脑皮层贴合，也不适用于猕猴。最后我们实验了10微米厚的超薄电极可以做到较好地贴合硬脑膜和大脑皮层，同时，薄膜电极上的记录位点增加到了40个，并同时存在8个供硅针电极通过的记录位点。目前这种电极的大鼠版本正在实验测试中，猕猴版本的电极因为导线易断的工艺问题正在解决中。虽然目前课题已经结题，但是我们还是有信心在结题后的半年至一年内得到预期的结果。