神经环路应用（16）：Neuropixels Ultra探针的实例应用

Neuropixels Ultra（NP Ultra）是一种新型超高密度神经探针，代表了神经电生理记录技术的重大升级。主要用于解决传统胞外电生理技术在神经元检测偏差、细胞类型区分上的局限，推动神经回路活动解析。

lNeuropixels Ultra（NP Ultra）探针的设计、性能

NP Ultra 探针的整体结构包括Headstage（头端部件）、Detachable connector（可分离连接器）、Flex cable（柔性电缆）、Base（基座）和Shank（针杆）。右侧放大图呈现了针杆上电极位点的微观结构，能看到其精细的布局，体现出 NP Ultra 在结构设计上的精巧，为高分辨率神经记录提供硬件基础。

对比三代 Neuropixels 探针的位点密度：

Neuropixels 1.0 位点密度为 0.10 个位点 /μm；

Neuropixels 2.0 为 0.13 个位点 /μm；

NP Ultra 则达到 1.33 个位点 /μm，且位点间距分别为约 20μm（1.0）、15μm（2.0）、6μm（Ultra）。明显可见，NP Ultra 的位点密度大幅提升，意味着能更密集地分布电极位点，从而捕捉更精细的神经电信号。

lNP Ultra 主要通过三点核心设计改进突破局限

超高位点密度：采用 5×5μm 位点、6μm 中心间距（1.33 个位点 /μm），相比 1.0 的 25μm 间距，可采样微米级电场解决传统探针无法捕捉小 “足迹”（<20μm）信号的问题；

灵活配置与小尺寸位点：提供 48×8 等多配置，小位点减少信号空间平均效应，提升峰值振幅和信噪比，同时保持与 1.0 相同的机械形态，兼容现有实验系统；

适配专用算法：结合 DARTsort 算法的 3D 空间定位与运动校正，解决传统探针空间定位精度低的问题，水平/深度方向空间扩散显著降低，提升神经元分选准确性和产量。

NP Ultra探针在多项性能指标上显著优于传统模式：其信号峰值振幅最高；在空间精度方面，NP Ultra在水平和深度方向的信号扩散更小，实现更精准的神经元定位。神经元检测产量也大幅提升。功能层面，使用NP Ultra记录的神经信号对视觉刺激的解码准确率高且其更易捕捉低振幅神经元，而这些微弱信号本身也包含可解码的视觉信息，进一步凸显其在高灵敏度神经记录中的优势。

应用

亚细胞结构记录

轴突记录

定义 “小足迹”：半径 < 20μm（低于 1.0 探针最小位点间距）。

树突记录

采用 192×2 线性配置，记录 L5 锥体细胞树突反向传播动作电位（bAPs），空间分辨率（6μm）比 1.0（40μm）高 7 倍，SNR 显著提升，记录范围超 400μm。

Fig2 Neuropixels Ultra探针在神经电生理研究中的应用

NP Ultra 能捕捉到具有特定时空特征的神经信号，为后续分析神经活动提供基础。

神经信号 “足迹（Footprint）” 的概率密度图，“足迹” 可反映神经活动的空间范围等特性。NP Ultra 能记录到不同空间范围的神经信号且分布有特定规律，有助于区分不同类型的神经活动。向皮层施加Muscimol（一种 GABA 激动剂，可抑制神经元活动）结合 NP Ultra 探针进行记录的场景，可用于研究药物对神经活动的影响。视觉刺激（Visual stim.）和施加 Muscimol 后的神经活动变化，可见施加药物后，部分神经单位的发放频率降低，体现 NP Ultra 能捕捉到药物对神经活动的调控。NP Ultra 能区分不同药物反应的神经群体。

Fig3 NP Ultra 可与光遗传学技术结合研究特定神经元的活动

左侧为光遗传学实验示意图，用 470nm 激光结合表达 ChR2 - EYFP 的 Sim1 - Cre;Ai32 小鼠配合 NP Ultra 探针记录；右侧为脑切片的荧光成像图， ChR2 - EYFP 的表达区域为光遗传学实验的靶向性提供依据，说明 NP Ultra 可与光遗传学技术结合，研究特定神经元的活动。

在光刺激等条件下神经发放随时间的分布，体现 NP Ultra 能精准记录神经发放的时间模式。不同神经信号的空间分布和时间波形进一步说明 NP Ultra 记录神经信号的多样性与精细度。NP Ultra 采用 192×2 channels 配置时的记录范围示意图，结合神经元结构，表明其可覆盖神经元的不同部分（如树突等），用于亚细胞水平的神经活动研究。

总结

Neuropixels Ultra探针，其具备6μm 位点间距的超高位点密度（1.33 个位点 /μm），神经元检测产量在小鼠视觉皮层提升超 2 倍，能有效捕捉轴突等小空间 “足迹”（<20μm）信号，实现树突亚细胞记录。还将三种皮层中间神经元（PV、SST、VIP）的分类准确率提升至约 80%，不同神经元间分类准确率达约 85%，为神经回路活动解析提供更强大工具。

整体而言，该研究从神经信号的时空特征、药物反应、光遗传学结合、亚细胞记录、信号质量对比等多个角度，展现了 NP Ultra 探针在神经电生理研究中的强大能力，突出其在记录精细神经活动、区分不同神经群体等方面的优势。

文献引用

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.08.030

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