在啮齿动物胶质瘤模型中进行的高密度多电极阵列（MEA）记录

《Journal of Neuroscience Methods》：High-density multielectrode array (MEA) recordings in a rodent glioma model

胶质瘤 bearing 大鼠皮层切片网络爆发特征及功能连接分析，采用HD-MEA与Kilosort4 spike sorting技术，发现胶质瘤组网络爆发持续时间缩短（p=0.001），全局效率降低（p=0.0229），但空间传播速度无显著差异（p=0.0602）。

　　高分级胶质瘤是一种侵袭性强、致命性的原发性脑肿瘤，它不仅影响周围脑组织，还可能导致神经功能障碍、癫痫发作、认知功能下降和肿瘤进展。尽管已有大量研究聚焦于谷氨酸能系统的改变，但对潜在的网络机制仍缺乏深入理解。本研究旨在探索胶质瘤如何影响神经网络的完整性及其对突触活动能力的影响，通过诱导来自携带F98胶质瘤大鼠的新皮层切片中的网络爆发事件（NBs）进行分析。我们使用64×64高密度多电极阵列（HD-MEA）记录网络活动，以评估网络在长时间高活动状态下的表现。此外，我们描述了胶质瘤细胞植入、脑片制备和电生理记录的详细数据分析方法，重点放在计算方法上，用于表征整个网络的爆发事件。

在本研究中，我们采用了Kilosort4进行突触分离，从而识别网络爆发。通过多单位活动来估算爆发的起源，并评估网络爆发的传播速度。我们使用基于谷氨酸释放时间镶嵌系数（STTC）的图论指标，分析网络层面的功能连接性。研究结果表明，胶质瘤存在下的脑片显示出较低的网络完整性。此外，我们还比较了现有方法，发现将多电极阵列与Kilosort4相结合，在检测网络爆发和绘制活动中心轨迹方面优于传统记录技术。

本研究通过一项新方法，对肿瘤携带大鼠脑片中在高兴奋性条件下诱导的网络爆发进行分析。该方法为深入研究神经活动提供了一个可靠的平台，并为未来的机制研究奠定了基础。我们还讨论了该预临床方法在研究胶质瘤对周围神经网络影响方面的局限性和实验挑战。

为了更全面地了解神经网络的动态变化，我们引入了一种基于计算的方法，用于分析来自肿瘤大鼠脑片的网络活动。首先，我们通过Kilosort4进行突触分离，以确定爆发的起源，并评估整个网络的爆发传播。我们进一步使用STTC指标，构建和分析功能连接图，以研究不同单元之间的相互作用。我们发现，肿瘤存在下的脑片中，网络爆发的持续时间明显缩短，且网络活动的传播速度也有所降低，这可能与F98胶质瘤的高度侵袭性有关。该肿瘤倾向于侵入连续的脑组织，形成孤立的“岛屿”和血管周围肿瘤细胞簇，这可能物理性地破坏已有的突触连接和网络完整性。

我们还发现，肿瘤存在下的脑片在某些情况下，网络爆发可能局限于较小的区域。这可能与肿瘤的分布特点有关，使得网络活动的传播受到限制。尽管在某些情况下，网络爆发的起源与肿瘤位置存在一定的相关性，但整体来看，爆发的起源在空间分布上并没有显著的趋势。此外，我们通过调整电极与脑片之间的接触质量，提高了数据的准确性。例如，我们使用了一种由平行电线组成的网状结构，以增强电极与脑片之间的接触。我们推测，未来研究可以通过进一步减少电线之间的距离，提高所有区域的信号质量，从而实现更精确的记录。

我们还分析了不同类型的网络活动，包括正常脑片和肿瘤存在下的脑片。结果显示，肿瘤存在下的脑片中，网络活动的传播速度显著降低，这可能与网络的完整性受损有关。此外，我们发现，正常脑片中的网络表现出更高的整体效率和平均节点强度，而这些指标在肿瘤存在下的脑片中则明显下降。这表明，胶质瘤可能破坏了网络的功能连接性，使得神经元之间的相互作用变得不那么紧密，同时减少了网络整体的同步性。

为了进一步探讨这些变化，我们还分析了不同类型的网络活动，包括正常脑片和肿瘤存在下的脑片。我们发现，肿瘤存在下的脑片中，网络活动的传播速度显著降低，这可能与网络的完整性受损有关。此外，我们发现，正常脑片中的网络表现出更高的整体效率和平均节点强度，而这些指标在肿瘤存在下的脑片中则明显下降。这表明，胶质瘤可能破坏了网络的功能连接性，使得神经元之间的相互作用变得不那么紧密，同时减少了网络整体的同步性。

综上所述，本研究通过高密度多电极阵列，提供了一种可靠的方法来分析胶质瘤诱导的网络活动变化。该方法不仅能够识别网络爆发，还能评估其起源、传播路径和速度。此外，通过构建基于STTC的功能连接图，我们能够更全面地了解不同脑片之间的网络交互。这一方法为未来研究网络爆发和功能连接性提供了坚实的基础，并有望进一步揭示胶质瘤对神经网络的复杂影响。