Ce este Neuropixels, tehnologia care revoluționează studiul creierului. Cum pot cercetătorii să înregistreze simultan activitatea a mii de neuroni

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne în Discover

Tehnologia Neuropixels ar putea schimba modul în care oamenii de știință înțeleg funcționarea creierului, de la procesarea limbajului și a sunetelor până la memorie, percepție, luarea deciziilor și controlul mișcărilor.

Deși creierul uman conține aproximativ 86 de miliarde de neuroni, observarea activității acestor celule individuale și a modului în care comunică între ele reprezintă în continuare una dintre marile provocări ale neuroștiințelor. Instrumentele tradiționale permit măsurarea activității unor grupuri de neuroni sau înregistrarea unui număr relativ redus de celule individuale. Neuropixels schimbă această perspectivă, oferind acces simultan la un număr mult mai mare de semnale neuronale.

Potrivit unei analize publicate recent de revista științifică Nature, tehnologia a transformat deja cercetarea pe animale, iar în ultimii ani mai multe echipe au început să o adapteze pentru experimente realizate în timpul intervențiilor neurochirurgicale la oameni.

De ce unii oameni rămân lucizi deși au Alzheimer. Cercetătorii au găsit un indiciu surprinzător

Ce efect pot avea alimentele ultraprocesate asupra creierului. Modificările observate la nivelul vaselor de sânge

Ce este Neuropixels și cum funcționează?

Neuropixels este o sondă microscopică realizată din siliciu, prevăzută cu numeroase puncte de înregistrare distribuite de-a lungul unei structuri foarte subțiri, care poate fi introdusă în țesutul cerebral.

Fiecare punct de înregistrare captează activitatea electrică produsă de neuroni, inclusiv impulsurile cunoscute sub numele de potențiale de acțiune, prin care celulele nervoase transmit informații.

Avantajul major al dispozitivului este capacitatea de a înregistra simultan semnalele provenite de la un număr mare de neuroni individuali. Astfel, cercetătorii nu mai trebuie să studieze celulele separat, ci pot observa cum funcționează împreună diferite populații neuronale și cum se modifică activitatea acestora în timpul unor procese cognitive sau al unor mișcări.

Prima generație, Neuropixels 1.0, prezentată în 2017, avea 960 de puncte de înregistrare, dintre care 384 puteau fi citite simultan. Dispozitivul era conectat la un microcip de dimensiunea unui card nano-SIM, care prelua semnalele, le amplifica și le transforma în date digitale.

În 2021 a fost lansată generația Neuropixels 2.0, mai mică și mai ușoară, cu patru structuri de înregistrare și un total de 5.120 de puncte, dintre care 1.536 puteau transmite simultan date.

Prin comparație, tehnologiile mai vechi utilizate în electrofiziologie aveau, de regulă, câteva zeci de canale de înregistrare. Saltul tehnologic a făcut posibilă observarea simultană a activității neuronale în mai multe regiuni ale creierului.

Ce au descoperit cercetătorii cu ajutorul sondelor?

Neuropixels au permis studierea modului în care creierul procesează informațiile senzoriale, ia decizii și coordonează mișcările. Rezultatele unor cercetări au arătat că activitatea asociată acestor funcții este distribuită în mai multe regiuni cerebrale, nu limitată la câteva zone specializate.

Un proiect internațional desfășurat în 2025 de International Brain Laboratory, care reunește 12 laboratoare din Statele Unite ale Americii și Europa, a folosit această tehnologie pentru a înregistra activitatea a peste 620.000 de neuroni din 279 de regiuni cerebrale, la 139 de șoareci.

Animalele au fost supuse unor experimente care presupuneau procesarea informațiilor vizuale, mișcarea și luarea unor decizii. Cantitatea mare de date obținută a permis realizarea unei hărți extinse a activității neuronale, oferind o perspectivă asupra modului în care diferite regiuni ale creierului colaborează.

Tehnologia a contribuit și la studierea așa-numitelor varietăți neuronale (neural manifolds), tipare complexe de activitate care apar atunci când populații mari de neuroni funcționează împreună.

În prezent, aproximativ 1.700 de laboratoare din întreaga lume folosesc Neuropixels în cercetări desfășurate pe mai mult de 24 de specii, inclusiv primate, păsări, reptile și caracatițe.

Primele experimente în creierul uman. Cum sunt studiate reacțiile neuronilor la cuvinte și sunete

Una dintre cele mai importante direcții de dezvoltare este adaptarea sondelor pentru cercetarea creierului uman.

Primele utilizări ale unor dispozitive Neuropixels modificate în timpul intervențiilor neurochirurgicale au fost raportate în 2022 de echipe de la Massachusetts General Hospital și University of California, San Francisco.

Sondele au fost folosite în proceduri pentru tratarea epilepsiei și a unor afecțiuni neurologice, inclusiv în timpul intervențiilor în care medicii îndepărtau țesut cerebral afectat sau implantau electrozi pentru stimulare cerebrală profundă.

Mai recent, cercetători de la University College London Hospitals și Francis Crick Institute din Londra au început să folosească tehnologia în alte tipuri de intervenții.

Într-un experiment descris de Nature, o sondă Neuropixels, lungă de aproximativ un centimetru, a fost introdusă temporar în creierul unei paciente care urma să fie operată pentru hidrocefalie cu presiune normală, o afecțiune în care se acumulează lichid cefalorahidian în interiorul craniului.

Cercetătorul Mihaly Kollo a monitorizat semnalele electrice în timp real și a prezentat pacientei secvențe audio cu expresii precum „blind spot”, „parking spot” și „piggy bank”.

Scopul experimentului a fost observarea modului în care creierul reprezintă succesiunea stimulilor și modul în care răspunsurile neuronale sunt influențate de frecvența și familiaritatea cuvintelor.

Înregistrările au evidențiat modificări ale activității electrice în momentul în care pacienta auzea anumite expresii, oferind cercetătorilor posibilitatea de a analiza reacțiile unor neuroni individuali.

O altă etapă importantă a cercetărilor de la Londra a fost realizată în septembrie 2026, în timpul unei lobectomii temporale, intervenție prin care medicii îndepărtează o parte a lobului temporal pentru tratarea epilepsiei rezistente la medicamente.

Cercetătorii încearcă astfel să înțeleagă mai bine mecanismele neuronale implicate în percepția limbajului și producerea vorbirii, inclusiv modul în care creierul procesează sunetele individuale, consoanele și vocalele.

Prin ce se diferențiază Neuropixels de alte tehnologii?

Există și alte metode de observare a activității cerebrale la nivel celular, însă fiecare are anumite limitări.

Imagistica prin calciu, de exemplu, urmărește modificările concentrației ionilor de calciu care apar atunci când neuronii devin activi. Metoda permite studierea unor populații mari de celule, dar poate fi prea lentă pentru surprinderea cu precizie a fiecărui impuls electric neuronal și presupune, în anumite aplicații, folosirea unor senzori introduși genetic în celule.

În cazul oamenilor, cercetătorii au utilizat în mod tradițional și electrozi amplasați pe suprafața creierului, prin care pot măsura activitatea electrică a unor populații de neuroni. Aceste dispozitive oferă însă mai puține informații despre activitatea celulelor individuale.

Neuropixels permite pătrunderea în țesutul cerebral și înregistrarea unor semnale la nivelul neuronilor individuali, cu o rezoluție temporală ridicată.

Un neurochirurg implicat în cercetare a comparat această evoluție cu diferența dintre încercarea de a înțelege o conversație într-o intersecție aglomerată, folosind un singur microfon, și posibilitatea de a avea câte un microfon individual pentru fiecare participant la discuție.

Ce urmează: sonde capabile să monitorizeze zeci de mii de neuroni

Dezvoltatorii lucrează deja la Neuropixels 3.0, o nouă generație care ar putea permite înregistrarea simultană a activității a 10.000 până la 20.000 de neuroni la rozătoare și a 30.000 până la 50.000 la primatele non-umane.

O altă direcție de cercetare urmărește combinarea înregistrărilor electrice cu optogenetica, metodă care permite activarea sau inhibarea anumitor neuroni cu ajutorul luminii. Astfel, dispozitivele nu ar mai fi folosite doar pentru observarea activității cerebrale, ci și pentru modificarea controlată a acesteia, ceea ce ar putea ajuta la identificarea rolului anumitor grupuri de neuroni.

Cercetătorii analizează și posibilitatea integrării tehnologiei Neuropixels cu procedura stereoelectroencefalografiei, utilizată pentru monitorizarea activității electrice a creierului la pacienții cu epilepsie.

Poate Neuropixels să citească gândurile? Limitele unei tehnologii promițătoare

Deși permite înregistrarea activității unui număr impresionant de neuroni, Neuropixels nu este un dispozitiv care poate citi gândurile și nici nu poate traduce automat activitatea cerebrală în amintiri, intenții sau propoziții.

Sonda înregistrează impulsurile electrice ale celulelor nervoase. Interpretarea tiparelor complexe de activitate și identificarea informațiilor pe care acestea le reprezintă necesită în continuare experimente, algoritmi de analiză și o înțelegere mult mai aprofundată a circuitelor neuronale.

Utilizarea la oameni presupune și provocări tehnice și medicale. Mișcările creierului, inclusiv pulsațiile asociate bătăilor inimii, pot afecta înregistrările, iar aparatura din sala de operație poate produce interferențe electrice.

Există și riscul, rar, ca structura foarte subțire a sondei să se fractureze în timpul introducerii sau retragerii.

În plus, experimentele umane sunt deocamdată limitate la sesiuni scurte, desfășurate în timpul unor intervenții chirurgicale indicate din motive medicale, cu aprobările necesare și acordul pacienților. Neuropixels nu este încă un implant destinat monitorizării permanente a creierului.

O alternativă pentru utilizarea pe termen lung este reprezentată de electrozii flexibili cu peliculă subțire, care se așază pe suprafața creierului și se pot adapta mai bine mișcărilor acestuia, însă nu oferă aceeași rezoluție la nivel celular.