行为神经科学面临两个相互冲突的需求：对大量神经群进行长时间记录和不受影响的动物行为。来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）的团队对此开发了ONIX。ONIX 是一个开源平台，旨在解决神经科学研究中对大规模神经数据记录和动物自然行为研究的双重需求。该系统设计了一种极轻的 0.3 毫米微型缆线和模块化硬件，显著减少了传统设备对实验动物的干扰，同时保持高带宽数据传输（最高达 2 GB/s）和低延迟性能（。其设计目标是实现长时间、无干扰的神经信号采集，以支持研究学习、感官处理、社交互动和自然行为等复杂行为。与传统记录设备相比，ONIX 在不牺牲神经数据质量的前提下大幅提升了动物的自由行为能力。其兼容性和开放性为科学家提供了灵活的实验设计选项，同时降低了高性能数据采集系统的开发和应用成本。
1. 高性能与自然行为的兼容性
ONIX 的微型缆线显著降低了对动物行为的限制，头部扭矩从传统缆线的 >0.4 mNm 减少到 0.1 mNm，使实验鼠的行为更加接近未植入状态。使用 ONIX 记录的动物在 3D 环境中的自由探索行为、头部运动和轨迹分布，与未植入对照组在统计学上无显著差异。该系统还允许快速动态行为的捕捉，例如跳跃和攀爬。
2. 长时间记录能力
ONIX 成功实现了长时间的神经信号记录，例如：
在复杂3D场景中，进行长达7.3小时的神经记录，观察到与环境探索相关的脑电活动。
在家笼中完成了55小时的连续睡眠追踪记录，系统表现出高度稳定性，无明显数据丢失。
这种能力解决了以往因设备干扰导致记录时间受限的问题，为跨昼夜行为研究和长时间神经活动分析提供了支持。
3. 闭环实验的精确控制
ONIX 系统的延迟低于 1 毫秒，为实时闭环实验奠定了基础。实验展示了ONIX在神经刺激和光遗传学实验中的性能，能够实现实时神经活动检测并快速触发刺激反应。其高性能的闭环控制技术为研究复杂行为中的神经机制提供了新的工具。
4. 系统架构与多模态集成
ONIX 系统采用模块化设计，支持多种数据类型的同步记录。通过通用的开源 API 和可扩展硬件，ONIX 实现了多模态数据采集能力，例如：
电生理记录：支持 Neuropixels 探针和 64 通道记录模块，捕捉高分辨率神经信号。
光遗传学刺激：内置双 LED/激光驱动器，用于实时神经元激活。
行为追踪：集成 3D 光学追踪和惯性传感器，实现毫米级头部位置和姿态的精确测量。
ONIX 的兼容性使其能够与 UCLA Miniscope 等现有技术无缝结合，同时支持实时行为反应实验。这种灵活的设计降低了实验设备的开发门槛，也便于其他实验室快速部署。
总结
ONIX 的开发突破了传统神经记录技术的限制，为自由行为条件下的神经科学研究提供了一个强大的工具。通过减少设备对行为的干扰，ONIX 能够捕捉更真实的神经活动模式，从而推进以下领域的研究：
1. 学习与记忆：研究与自然行为相关的长时程学习过程。
2. 感官处理：分析复杂环境中的感官输入与神经响应。
3. 社会行为：探索个体间互动的神经基础。
4. 运动与认知：研究动物在动态环境中的导航和决策机制。
作为一个开源平台，ONIX 提供了完整的硬件设计和软件接口，促进了神经科学技术的标准化与社区协作。未来，该系统将进一步推动神经记录技术与自然行为研究的融合，为解决当前科学难题提供重要支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41592-024-02521-1
参考文献
Newman JP, Zhang J, Cuevas-López A, et al. ONIX: a unified open-source platform for multimodal neural recording and perturbation during naturalistic behavior. Nat Methods. Published online November 11, 2024. doi:10.1038/s41592-024-02521-1
