Abstract Here we demonstrate the Argo System, a massively parallel neural recording system based on platinum-iridium microwire electrode arrays bonded to a CMOS voltage amplifier array. The Argo system is the highest channel count in vivo neural recording system built to date, supporting simultaneous recording from 65,536 channels, sampled at over 32 kHz and 12-bit resolution. This system is designed for cortical recordings, compatible with both penetrating and surface microelectrodes. We have validated this system by recording spiking activity from 791 neurons in rats and cortical surface Local Field Potential (LFP) activity from over 30,000 channels in sheep. While currently adapted for head-fixed recording, the microwire-CMOS architecture is well suited for clinical translation. Thus, this demonstration helps pave the way for a future high data rate intracortical implant.

Abstract The safe insertion of high density intracortical electrode arrays has been a long-standing practical challenge for neural interface engineering and applications such as brain-computer interfaces (BCIs). Here we describe a surgical procedure, inspired by laser corneal ablation, that can be used in large mammals to thin the pia mater, the innermost meningeal layer encapsulating the brain. This procedure allows for microelectrode arrays to be inserted into the cortex with less force, thus reducing deformation of underlying tissue during placement of the microelectrodes. We demonstrate that controlled pia removal over a small area of cortex allows for insertion of high-density electrode arrays and subsequent acute recordings of spiking neuron activity in sheep cortex. We also show histological and electrophysiological evidence that laser removal of the pia does not acutely affect neuronal viability in the region. This approach suggests a promising new path for clinical BCI with high-density microelectrode arrays.

Bioelectronic medicine requires the ability to monitor and modulate nerve activity in awake patients over time. The vagus nerve is a promising stimulation target, and preclinical models often use mice. However, an awake, chronic mouse vagus nerve interface has yet to be demonstrated. Here, we developed a functional wrappable microwire electrode to chronically interface with the small diameter mouse cervical vagus nerve (~100 μm). In an acute setting, the wrappable microwire had similar recording performance to commercially available electrodes. A chronic, awake mouse model was then developed to record spontaneous compound action potentials (CAPs). Viable signal-to-noise ratios (SNRs) were obtained from the wrappable microwires between 30 and 60 days (n = 8). Weekly impedance measurements showed no correlation between SNR or time. The wrappable microwires successfully interfaced with small diameter nerves and has been validated in a chronic, awake preclinical model, which can better facilitate clinical translation for bioelectronic medicine.

The isthmi pars magnocellularis (Imc), a group of inhibitory neurons in the vertebrate midbrain tegmentum, orchestrates stimulus competition and spatial selection in the optic tectum (OT). Here, we investigate the properties of relative-strength dependent competitive interactions within the barn owl Imc. Imc neurons exhibit switch-like as well as gradual response profiles as a function of relative stimulus strength, do so for competing stimuli both within and across sensory modalities, and signal the strongest stimulus in a dynamically flexible manner. Notably, Imc signals the strongest stimulus more categorically (with greater precision), and earlier than the OT. Paired recordings at spatially aligned Imc and OT sites reveal that although some properties of stimulus competition are correlated, others are set independently. Our results demonstrate that the Imc is itself an active site of competition, and may be the first site in the midbrain selection network at which stimulus competition is resolved.