器件设计与制备
开发可植入的无线无电池神经记录器及其组件。
设计并制造了包含柔性32电极神经探针、无线能量接收模块、信号处理电路和无线通信模块的神经记录器，并使用可吸收的蔗糖穿梭器实现探针的临时刚性插入。
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用于研究灵长类动物行为的隐蔽神经记录器
A stealthy neural recorder for the study of behaviour in primates
实验完整度
高包含器件特性验证、体外实验、体内动物模型（大鼠、猴）及AI分类模型等多层级验证，涵盖功能与机制验证。
主要模型
食蟹猴（Macaca fascicularis） Sprague-Dawley大鼠 体外脑组织模型
重点核对
在自由活动的猴中植入装置，持续记录超过1个月 神经探针插入下丘脑外侧区（LHA） 记录局部场电位（LFP）和加速度信号 进食行为分为渴望、寻求和消耗三个阶段，每阶段12秒 AI分类模型结合LFP和加速度数据，达到86.33%的平均准确率
摘要
通过监测大脑神经信号，神经记录器能够研究特定行为和认知状态背后的神经机制。然而，非人灵长类动物的大脑体积较大，且其大范围的不受控制的运动和固有的野性，使得对深部脑区神经信号进行隐蔽和长期记录与分析变得困难。在此，我们报告了一种用于研究非人灵长类动物自然行为的隐蔽神经记录器的开发和性能。该神经记录器包括一个完全可植入的无线无电池模块，用于实时记录局部场电位和加速度数据，一个带有可吸收插入穿梭器的柔性32电极神经探针，以及一个基于中继线圈的体尺度无线能量传输系统。我们使用该设备在自由活动的猴子中记录了超过1个月的神经行为数据，并利用记录的数据训练了一个人工智能模型，用于分类动物的进食行为。
实验结论
提炼研究问题、关键发现与证据，快速把握文章的核心贡献。
- 研究问题
- 如何实现在自由活动的非人灵长类动物中对深部脑区神经信号和自然行为进行长期、隐蔽的记录和分析？
- 核心机制
- 文章未明确提出特定生物学机制，但表明下丘脑外侧区（LHA）的伽马频段（35-50 Hz）活动与进食行为的不同阶段相关。
- 主要证据
- 在自由活动的猴中植入设备，记录LHA的LFP和加速度信号，发现消耗阶段的伽马功率显著高于渴望阶段；结合LFP和加速度数据训练的深度学习模型在分类行为阶段时达到86.33%的平均准确率。
- 研究意义
- 该设备为研究非人灵长类动物的自然行为提供了集成解决方案，有望扩展对灵长类复杂神经回路的研究，并为人类脑部疾病研究提供可能。
研究路径
按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。
体外验证
评估神经记录器的性能，包括信号记录、无线通信和无线充电功能。
使用神经模拟器（FB128，TDT）产生信号，在模拟的真实环境中（猴笼内）进行测试，评估不同模式下的信号记录、噪声抑制和无线通信距离。
动物实验
验证神经记录器在活体动物中的可行性，包括植入、长期记录和安全性。
将神经记录器植入大鼠和食蟹猴体内，进行组织学分析、长期神经信号记录和无线充电测试。
行为实验与AI分类
验证设备在自由活动猴中记录进食行为相关神经信号的能力，并利用AI模型分类行为阶段。
在猴植入设备后，在无线供电笼内进行进食行为实验，记录LFP和加速度信号，并将信号分为渴望、寻求、消耗三个阶段，使用多种AI模型进行分类。
研究方法
按研究目的归类文中使用的方法，便于定位所需技术。
产品清单
| 实验环节 | 名称 | 品牌 | 货号 |
|---|---|---|---|
| 神经信号记录 | RHD2132 | Intan Technologies | -- |
| 无线能量传输 | 利兹线圈 | -- | -- |
| 铁氧体片（IBF15-100DD125X125） | TDK | -- | |
| 射频功率模块（LR2500-A） | Feig Electronics | -- | |
| 功率计（WT210） | Yokogawa Electric | -- | |
| 信号模拟 | 神经模拟器（FB128） | TDT | -- |
| 电化学测量 | 恒电位仪（Interface 1010E） | Gamry Instruments | -- |
| 力学测量 | 动态力学分析仪（DMA 850） | TA Instruments | -- |
| 成像 | MRI扫描仪（Achieva 3.0T） | Philips Medical Systems | -- |
| 组织学 | 一抗GAD67 | GeneTex | GTX101881 |
关键环节
汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。
| 环节 | 核对要点 |
|---|---|
| 神经探针插入 | 插入目标脑区（LHA）的坐标，插入速度（1 mm/s），蔗糖溶解时间（约5分钟），使用立体定位框架 阅读提示：Methods: Surgical implantation; Extended Data Fig. 6a |
| 动物饲养与行为实验 | 猴的种类（食蟹猴），饲养条件（温度、湿度、光照），实验前禁食条件，行为阶段划分（渴望、寻求、消耗各12秒） 阅读提示：Methods: Animals; Phases of eating behaviour |
| 神经信号记录 | 采样率（LFP 925 Hz，加速度308 Hz），信号滤波（伽马频带35-50 Hz），参考方案（共同平均参考） 阅读提示：Methods: Neurobehavioural signal recording of eating behaviour in NHPs; Neurobehavioural signal analysis |
| AI分类模型 | 输入特征（LFP scalograms，加速度特征），窗口大小（4秒），重叠率（75%），模型结构（拼接模型） 阅读提示：Methods: Eating behaviour classification using AI |
| 无线功率传输 | 中继线圈尺寸，主线圈与中继线圈的距离，工作频率（13.56 MHz），功率水平（12 W） 阅读提示：Methods: Wireless power transfer system coupled with repeater coil |