Neuropixels 2.0 – Toptechnologie uit Leuven opent nieuwe mogelijkheden voor hersenwetenschappers
LEUVEN, 16 april 2021 — Een nieuwe generatie miniatuurprobes kan individuele zenuwcellen bij muizen gedurende weken - en zelfs maanden volgen. De nieuwe probes bouwen voort op het succes van de originele Neuropixels-probes die in 2017 gelanceerd werden en intussen in meer dan 400 laboratoria wereldwijd worden gebruikt. De nieuwe probes zijn veel kleiner - ongeveer een derde van de grootte van hun voorganger. Ze zijn ontworpen om de elektrische activiteit van nóg meer individuele zenuwcellen te kunnen registreren en kunnen die activiteit nu ook gedurende langere perioden opvolgen. In de laatste editie van het gerenommeerde vakblad Science meldt het internationale team van onderzoekers dat de nieuwe probes daarom enorm nuttig kunnen zijn om hersenprocessen zoals leren en geheugen bij kleine dieren zoals muizen te bestuderen.
Om de complexe informatieverwerking in onze hersenen te kunnen meten en begrijpen, willen onderzoekers de activiteit van zo veel mogelijk individuele zenuwcellen volgen, niet alleen op korte termijn (milliseconden) maar ook over veel langere perioden van weken of zelfs maanden.
Een welbepaalde zenuwcel monitoren over zo’n langere perioden is niet eenvoudig, onder meer omdat hersenen vanzelfsprekend een klein beetje bewegen wanneer dieren bewegen. Om dit probleem te omzeilen ontwikkelde een team van ingenieurs en onderzoekers uit de VS, het VK, Portugal en België, een nieuwe generatie hersenprobes: Neuropixels 2.0.
Deze nieuwste versie heeft niet alleen meer opnamekanalen, maar door een nieuw design staan ze ook dichter bij elkaar en zijn daardoor beter op elkaar afgestemd. En waar de originele Neuropixels-sondes uit 2017 bestonden uit één smal filament dat in de hersenen wordt ingebracht, heeft de nieuwe versie er vier. Dat betekent dat de activiteit over een groter hersengebied gemeten kan worden, wat de opnames ten goede komt, vooral om activiteit te meten in dunne lagen in de hersenen.
Naast de wijzigingen in het ontwerp is Neuropixels 2.0 het resultaat van een aantal belangrijke technische innovaties. De wetenschappers en ingenieurs in het internationale consortium vonden manieren om de probes te verkleinen zonder daarbij aan opnamecapaciteit in te boeten. Ze sleutelden bovendien ook aan de gegevensverwerking.
Daardoor kunnen onderzoekers nu tegelijkertijd de activiteit van duizenden zenuwcellen in de hersenen van dieren vastleggen en veel van die zenuwcellen ook in de loop van de tijd volgen – een record: “Met de nieuwe probes meten we hersenactiviteit op meer dan 6000 opnamesites - meer dan twee keer zoveel als elke andere beschikbare technologie", zegt Dr. Cagatay Aydin, postdoctoraal wetenschapper in het lab van prof. Sebastian Haesler aan Neuroelectronics Research Flanders (NERF). “We ontwikkelden ook 3D-geprinte armaturen die toelaten om de nieuwe probes te gebruiken in tal van experimentele set-ups.”
De probes worden ook gemaakt hier in ons land, door het nano-elektronica onderzoekscentrum imec. Barun Dutta, Chief Scientist bij imec, onderstreept dat imecs gepatenteerde geïntegreerde CMOS-technologieplatform hierbij een cruciale rol speelt: “Dit unieke platform maakte het mogelijk om zowel de kleine vormfactor, hoge dichtheid en stabiliteit op de lange termijn te combineren, allemaal belangrijke parameters om doorbraken in de neurowetenschappen mogelijk te maken.”
Prototypes van de nieuwste versie worden momenteel getest door neurowetenschappers in laboratoria over de hele wereld en worden aangepast en verfijnd op basis van de ervaringen van gebruikers. Het consortium hoopt dat de sondes in 2022 klaar zullen zijn voor uitrol wereldwijd.
Het Neuropixels 2.0-consortium wordt geleid door Tim Harris van de Janelia Research Campus van het Howard Hughes Medical Institute en omvat wetenschappers van University College London (UCL), de Norwegian University for Science and Technology (NTNU) in Trondheim, Noorwegen, Neuroelectronics Research Flanders (NERF) in Leuven, België, en het Champalimaud Center for the Unknown in Lissabon, Portugal.
De Belgische onderzoekspartner NERF bestudeert neuronale circuits en ontwikkelt nieuwe technologieën om circuitactiviteit te koppelen aan hersenfunctie. Dit interdisciplinaire onderzoekscentrum is een samenwerking tussen imec, VIB en KU Leuven en ontvangt structurele financiering van de Vlaamse overheid.
Over imec
Imec is ’s werelds toonaangevende onderzoeks- en innovatiehub op het vlak van nano-elektronica en digitale technologie. De combinatie van onze voortrekkersrol in microchiptechnologie en onze software- en ICT-expertise maakt ons uniek. Imec beschikt over een unieke infrastructuur en een lokaal en internationaal ecosysteem van partners in diverse sectoren. Samen werken we aan baanbrekende innovatie in toepassingsdomeinen zoals gezondheidszorg, slimme steden en mobiliteit, logistiek en Industrie 4.0, energie en onderwijs.
Imec is een vertrouwde partner van bedrijven, start-ups en universiteiten, en brengt meer dan 4.000 topwetenschappers uit bijna 100 landen samen. Imec heeft zijn hoofdzetel in Leuven en R&D-groepen die verspreid zijn over een aantal Vlaamse universiteiten, in Nederland, Taiwan en de VS, en kantoren in China, India en Japan. In 2019 bedroegen de bedrijfsopbrengsten van imec 640 miljoen euro. Meer informatie op www.imec-int.com
Imec is a registered trademark for the activities of IMEC International (a legal entity set up under Belgian law as a "stichting van openbaar nut”), imec Belgium (IMEC vzw supported by the Flemish Government), imec the Netherlands (Stichting IMEC Nederland, part of Holst Centre and OnePlanet, supported by the Dutch Government), imec Taiwan (IMEC Taiwan Co.) imec China (IMEC Microelectronics (Shanghai) Co. Ltd.), imec India (Imec India Private Limited), and imec Florida (IMEC USA nanoelectronics design center).
Over KU Leuven
De KU Leuven werd opgericht in 1425 en is naast de oudste ook de meest innovatieve universiteit van Europa (Reuters). Met haar 58 000 studenten en meer dan 20 000 medewerkers is zij bovendien de grootste universiteit van België. Vijftien faculteiten bieden bachelor- en masteropleidingen aan op 10 locaties in Vlaanderen. De verschillende klemtonen en aanpak op de campussen zorgen voor een grote variatie in het onderwijsaanbod. De opleidingen zijn gebaseerd op het onderzoek van meer dan 7000 wetenschappers. Als medeoprichter van de League of European Research Universities (LERU) is KU Leuven zowel nationaal als internationaal een toonaangevende onderzoeksinstelling. Meer info op www.kuleuven.be
De KU Leuven werd opgericht in 1425 en is naast de oudste ook de meest innovatieve universiteit van Europa (Reuters). Met haar 58 000 studenten en meer dan 20 000 medewerkers is zij bovendien de grootste universiteit van België. Vijftien faculteiten bieden bachelor- en masteropleidingen aan op 10 locaties in Vlaanderen. De verschillende klemtonen en aanpak op de campussen zorgen voor een grote variatie in het onderwijsaanbod. De opleidingen zijn gebaseerd op het onderzoek van meer dan 7000 wetenschappers. Als medeoprichter van de League of European Research Universities (LERU) is KU Leuven zowel nationaal als internationaal een toonaangevende onderzoeksinstelling. Meer info op www.kuleuven.be
Over VIB
Basisonderzoek in de levenswetenschappen, dat is de kernactiviteit van VIB. Enerzijds de grenzen verleggen van wat we weten over moleculaire mechanismen, hoe deze mechanismen levende wezens zoals mensen, dieren, planten en micro-organismen regelen, en anderzijds zorgen voor tastbare resultaten die bijdragen aan een betere samenleving. Gestoeld op een partnerschap met vijf Vlaamse universiteiten - UGent, KU Leuven, Universiteit Antwerpen, Vrije Universiteit Brussel en Universiteit Hasselt – en een stevig investeringsprogramma, bundelt VIB de expertise van 81 onderzoeksgroepen in één instituut. Het techtransfer-team van VIB vertaalt proactief biologische inzichten in nieuwe economische activiteiten die op hun beurt weer kunnen leiden tot nieuwe producten, medicijnen e.d. die kunnen gebruikt worden in de geneeskunde, landbouw en tal van andere toepassingen. VIB neemt ook actief deel aan het publieke debat over biotechnologie door het ontwikkelen en verspreiden van een breed scala aan wetenschappelijk onderbouwde informatie over alle aspecten van de biotechnologie. Meer info op www.vib.be
Meer ontdekken
ERC Starting Grant voor imec-onderzoeker Christian Haffner voor zijn onderzoek naar kwantumelektronica
Lees meer
Imec neemt deel aan ELENA L.E.U.V.E.N. project en zet zich mee in voor evolutie naar een klimaatneutraal Leuven
Lees meer
Onderzoekers van KU Leuven en imec vinden ernstige zwakheden in draadloze autosleutel Tesla Model X
Lees meer