Abstract Over the past decade, stereotactically placed electrodes have become the gold standard for deep brain recording and stimulation for a wide variety of neurological and psychiatric diseases. Current electrodes, however, are limited in their spatial resolution and ability to record from small populations of neurons, let alone individual neurons. Here, we report on a novel, reconfigurable, monolithically integrated human-grade flexible depth electrode capable of recording from up to 128 channels and able to record at a depth of 10 cm in brain tissue. This thin, stylet-guided depth electrode is capable of recording local field potentials and single unit neuronal activity (action potentials), validated across species. This device represents a major new advance in manufacturing and design approaches which extends the capabilities of a mainstay technology in clinical neurology. One-Sentence Summary A human-grade thin-film depth electrode offers new opportunities in spatial and temporal resolution for recording brain activity.

Summary Biological sex is an important risk factor in cancer, but the underlying cell types and mechanisms remain obscure. Since tumor development is regulated by the immune system, we hypothesize that sex-biased immune interactions underpin sex differences in cancer. The male-biased glioblastoma multiforme (GBM) is an aggressive and treatment-refractory tumor in urgent need of more innovative approaches, such as considering sex differences, to improve outcomes. GBM arises in the specialized brain immune environment dominated by microglia, so we explored sex differences in this immune cell type. We isolated adult human TAM-MGs (tumor-associated macrophages enriched for microglia) and control microglia and found sex-biased inflammatory signatures in GBM and lower-grade tumors associated with pro-tumorigenic activity in males and anti-tumorigenic activity in females. We demonstrated that genes expressed or modulated by the inactive X chromosome facilitate this bias. Together, our results implicate TAM-MGs, specifically their sex chromosomes, as drivers of male bias in GBM.

Brain surgeries are among the most delicate clinical procedures and must be performed with the most technologically robust and advanced tools. When such surgical procedures are performed in functionally critical regions of the brain, functional mapping is applied as a standard practice that involves direct coordinated interactions between the neurosurgeon and the clinical neurology electrophysiology team. However, information flow during these interactions is commonly verbal as well as time consuming which in turn increases the duration and cost of the surgery, possibly compromising the patient outcomes. Additionally, the grids that measure brain activity and identify the boundaries of pathological versus functional brain regions suffer from low resolution (3-10 mm contact to contact spacing) with limited conformity to the brain surface. Here, we introduce a brain intracranial electroencephalogram microdisplay (Brain-iEEG-microdisplay) which conforms to the brain to measure the brain activity and display changes in near real-time (40 Hz refresh rate) on the surface of the brain in the surgical field. We used scalable engineered gallium nitride (GaN) substrates with 6" diameter to fabricate, encapsulate, and release free-standing arrays of up to 2048 GaN light emitting diodes (μLEDs) in polyimide substrates. We then laminated the μLED arrays on the back of micro-electrocorticography (μECoG) platinum nanorod grids (PtNRGrids) and developed hardware and software to perform near real-time intracranial EEG analysis and activation of light patterns that correspond to specific cortical activities. Using the Brain-iEEG-microdisplay, we precisely ideFSntified and displayed important cortical landmarks and pharmacologically induced pathological activities. In the rat model, we identified and displayed individual cortical columns corresponding to individual whiskers and the near real-time evolution of epileptic discharges. In the pig animal model, we demonstrated near real-time mapping and display of cortical functional boundaries using somatosensory evoked potentials (SSEP) and display of responses to direct electrical stimulation (DES) from the surface or within the brain tissue. Using a dual-color Brain-iEEG-microdisplay, we demonstrated co-registration of the functional cortical boundaries with one color and displayed the evolution of electrical potentials associated with epileptiform activity with another color. The Brain-iEEG-microdisplay holds the promise of increasing the efficiency of diagnosis and possibly surgical treatment, thereby reducing the cost and improving patient outcomes which would mark a major advancement in neurosurgery. These advances can also be translated to broader applications in neuro-oncology and neurophysiology.