摘要

顳葉癲癇（TLE）是一種常見的神經系統疾病，其特征是反復發作，發作灶起源于皮層、杏仁核，尤其是海馬體。雖然三分之二的TLE患者通過藥物能夠控制發作，但大約三分之一的患者對藥物治療無效。對于這些患者，手術切除提供了一個潛在的治療選擇，其中約70%的患者可實現無癲癇發作。然而，TLE的發病機制仍未完全明了，需要進一步研究。因此，手術期間獲得的切除腦組織為離體研究病理性神經元活動提供了寶貴的資源。目前，微電極陣列（MEA）技術被廣泛用于電生理學研究。然而，商業化的MEA在記錄大組織樣本（如整個海馬體切片）方面存在局限。為了解決這一局限，我們開發了一種定制的MEA和樣品腔，可與商業化的前置放大器兼容。該系統能夠跨人類海馬體組織記錄細胞外動作電位（EAPs）和局部場電位（LFPs），為研究TLE的神經生理學機制提供了一個有價值的工具。

1.引言

來自癲癇患者大腦不同區域的切除組織是活體人腦樣本的寶貴來源，尤其是海馬體。然而，監測這些樣本的全網絡電生理活動受到阻礙，因為大多數工具更適用于動物模型。這一點在微電極陣列（MEA）上尤其明顯，其典型的電極區域（2.7平方毫米）對大鼠小鼠來說足夠大，但對人類海馬體則不夠。過去曾使用MEA記錄人類海馬體切片，但商業化的模型僅覆蓋有限區域。

海馬體被認為是癲癇發作啟動的主要結構。此外，顳葉癲癇（TLE）中最常觀察到的結構性病理是內側顳葉硬化，其特征是海馬體多個區域的神經元缺失，這使得大腦的這一部分對癲癇研究極具吸引力。海馬體由多個亞區（CA1-CA4）組成，多項TLE研究已經揭示了這些亞區之間的病理性相互作用。考慮到海馬體的復雜性，同時記錄來自多個區域的神經元信號以獲得病理環路活動的全貌至關重要。在我們正在進行的聯盟項目中，我們探索TLE患者大腦的多模態特征，其中一部分研究包括在藥物應用期間進行MEA記錄。

少數具有較大電極區域（高達42.6平方毫米）和電極密度的MEA設計有許多優點，但定制化程度太高，無法與廣泛可用的數據采集硬件或軟件結合使用。它們還具有不透明的電極區域，限制了顯微鏡觀察的選擇，或者樣品腔設計不理想。在此，我們開發了一種名為Hippo-MEA的定制MEA，其中60個電極分布在一個5.6毫米x 5.6毫米（31.4平方毫米）的區域內，這足以對人類海馬體的不同亞區進行采樣。該MEA配備了一個定制腔室（稱為樣品杯），其大小足以容納整個切片。該設計的優點不僅在于能夠容納大樣本，而且MEA芯片被設計成與電生理學實驗室已廣泛使用的商用前置放大器兼容。

2.材料與方法

2.1.MEA的制備、性能評估和樣品腔

MEA（圖1A-D）構建在49 mm x 49 mm x 0.7 mm的硼硅酸鹽玻璃基板上，具有鈦導線、氮化鈦涂層電極和接觸墊，采用內部離子束輔助電子束沉積（IBAD）工藝制作，并以氮化硅作為鈍化層。玻璃板尺寸、電極數量和接觸墊位置被設計成與Multi Channel Systems的60電極前置放大器兼容。60個圓形電極（直徑60μm）以8x8網格排列，電極間距為800μm。電極15（即第1列第5行的電極）從所有分析中省略，因為它在記錄系統中與參考電極映射在一起。電極阻抗按先前描述的方法測量。未濾波電極數據的均方根（RMS）噪聲是通過在正常基線記錄條件下獲取的30秒未濾波數據評估的，使用以下公式：

χ_{RMS}=√(1/n(χ?2+χ?2+...+χ_n2))

用于Hippo-MEA的硅膠樣品杯內徑為17 mm，壁高9.5 mm。樣品杯使用特定裝置——安裝工具（圖1A-D）安裝在MEA上。它有助于將樣品杯對準并粘合到MEA的中心，另一方面，減少了將樣品杯錯位放置在MEA接觸墊上的人為錯誤。

2.2.患者與手術

海馬體切片來自接受神經外科組織切除術以治療TLE的患者。手術按先前描述的方法進行。患者處于平衡全身麻醉狀態。所有患者在手術前均已簽署知情同意書，同意使用切除的組織，該研究遵循世界醫學協會的倫理準則（赫爾辛基宣言）。庫奧皮奧大學醫院的倫理委員會已批準該項研究（128/2015，2015年4月21日）。患者詳細信息見表1。

表1.患者信息。出于信息最小化原則，信息有限。ATL=前顳葉，HS=海馬硬化，FCD=局灶性皮質發育不良。國際抗癲癇聯盟（ILAE）組織病理學分類。

2.3.樣本運輸與制備

切除的組織樣本放入運輸瓶中，瓶內裝滿250 ml冰鎮、持續充氧（95%O?/5%CO?）的基于N-甲基-D-葡糖胺的人工腦脊液（aCSF）。樣本在15分鐘內送達實驗室，并在冰鎮充氧的aCSF中切片。用于Hippo-MEA記錄的冠狀切片厚度為300μm。切片在+34°C的恢復液中恢復45分鐘，然后在室溫下放置8-10小時，之后進行Hippo-MEA記錄。