用于群居小鼠稳定长期神经记录的封闭冠状保护系统

为何保护微小脑传感器很重要

许多人类脑疾病研究依赖观察小鼠在移动、探索和互动时脑细胞的放电。但用于记录这些信号的硬件很脆弱，尤其是在小鼠群居时，它们会拉扯或咬噬彼此头部安装的装置。本文介绍了一种新的“封闭冠状”外壳，能保护脆弱的脑探针，使科学家在小鼠维持正常社交群体生活的同时记录数周的大脑活动，而无需将其单独隔离造成压力。

通常如何进行脑电记录

为了监听脑细胞，研究者将如发丝般细的探针植入海马等脑区——海马是参与记忆和情绪的深部脑区。这些探针通过微小电缆连接到体外电子设备，捕捉电学尖峰。标准装置往往在颅骨上方以“开放冠”形式用牙科水泥部分露出连接器和电缆。当小鼠单独饲养时这可行，但在群居笼中，笼友会啃咬或拉扯电缆，导致连接断裂、器件被污染并使实验中断。为避免这种情况，许多实验室将植入小鼠单独饲养，但这剥夺了自然社交接触，本身就可能改变大脑与行为。

罩在小鼠头上的保护冠

研究团队设计了一种轻质塑料外壳，像头盔一样完全覆盖探针连接器和电缆。该封闭冠状体通过3D打印制作，提供两种版本：一种为滑盖式，便于快速访问；另一种为螺旋盖式，在更粗暴条件下锁得更牢。盖内放置了一枚微小的近场通信（NFC）标签，类似于非接触式卡片所用。研究者只需将智能手机靠近小鼠即可识别该个体，无需耳洞或墨水标记。冠状体内部还留有空间以容纳未来的扩展件，例如无线发射器或供电线圈，同时将总重控制在约一克以下，以确保不妨碍正常活动。

更智能的电缆与更佳的电极

除了冠状体外，作者还改良了记录硬件的关键部位。探针上的金属接触面涂覆了一种粗糙的“黑色”铂层，可增加有效表面积。这一改变在对神经信号重要的频段内将电阻降低了一个到两个数量级，有助于系统以更低噪声在数周内拾取单个细胞的清晰尖峰。他们还将通常较厚的塑料包覆电缆替换为一种超薄、高度柔性的电缆，其采用特殊绝缘层。机械测试表明，这种新电缆能承受更多的扭转和数万次弯曲循环，同时电阻几乎保持不变，这意味着电缆可随动物运动而移动而不会给脑内探针带来拉力。

在真实社交生活条件下的测试

为评估系统的实际表现，研究者将探针植入小鼠海马，并在群居条件下比较三种头部装置：标准开放冠、用医用胶带临时覆盖的开放冠，以及新的封闭冠。在共享笼中，暴露或贴胶带的电缆很快被啃咬、被拉松或断裂，有时数小时内就使记录无法继续。相比之下，佩戴封闭冠的小鼠电缆或连接器未见可见损坏。电学测量证实接触电阻在数周内保持稳定。来自海马同一位置的神经尖峰在植入数周后仍能被检测到，尽管信号强度随着时间缓慢下降，这属于大脑正常组织反应而非机械故障所致。

冠状外壳会改变小鼠行为吗？

因为社会和情绪测量对许多脑研究至关重要，团队进行了标准行为测试以确认冠状体本身不会给动物带来应激。在衡量运动和类焦虑行为的开放场测试中，佩戴冠状体的小鼠移动距离和对中心区域的探索与未植入的小鼠相当。研究者比较了群居与孤立小鼠（有无冠状体均有），结果显示改变行为的是隔离而非设备。被隔离小鼠表现出更多与焦虑相关的迹象，例如回避开放区域，并在社交测试中更多时间关注陌生小鼠，符合被压抑的社交动机。群居且佩戴冠状体的小鼠行为与正常群居对照组一致，表明尽管戴有头部装置，群居生活仍保持自然。

对脑与行为研究的意义

这项研究表明，一个小型的保护性冠状体配合柔性电缆系统，可以在不显著改变社交生活与运动的前提下，防止脑记录硬件被咬噬或受冲击损坏。这意味着研究者可以在小鼠维持现实社交环境的同时追踪数周的脑细胞活动，而无需依赖因孤立而可能扭曲行为的个体。长期来看，这类稳定且与社交兼容的记录装置应有助于科学家更好地理解社会环境变化如何塑造与抑郁、焦虑等神经精神疾病相关的脑回路，并可能为开发更有效的治疗方法提供信息。

引用: Hong, Y., Kim, G., Lee, H. et al. Closed-crown packaging system for stable, long-term neural recording in group-housed mice. Microsyst Nanoeng 12, 168 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01293-2

关键词: 神经记录, 群居小鼠, 脑部植入物, 社交行为, 神经精神病学研究