科技日報記者 張夢然
美國哈佛大學團隊開發出一種創新性的硅芯片，能夠記錄大量神經元間突觸信號的細微變化。利用該芯片，團隊繪制并記錄了2000個大鼠神經元之間的超過7萬個突觸連接。研究成果發表在最新的《自然·生物醫學工程》雜志上，標志著神經元記錄技術的重大突破，有助于人們深入理解大腦功能。
高階大腦功能源于腦細胞或神經元之間的特定連接方式。神經元間的接觸點稱為突觸，科學家致力于繪制這些突觸連接圖，不僅為了揭示哪些神經元相互連接，還需要評估每個連接的強度。在生成突觸連接的圖像方面，電子顯微鏡是一種有力工具，但它們無法提供關于連接強度的信息，這限制了人們對神經網絡功能的理解。
相比之下，膜片鉗電極是目前記錄神經元活動的黃金標準，它能高效進入單個神經元內部，精確記錄其突觸信號，并據此判斷突觸連接的強度。然而，將這種技術應用于大規模神經元群的研究一直面臨挑戰。
在這項研究中，團隊使用一塊具有4096個微孔電極陣列的硅芯片，在芯片上培養的大鼠神經元中進行了大規模并行細胞內記錄。通過這種方法，他們從大約2000個神經元中提取了超過7萬個突觸連接的數據。
團隊通過向電極注入小電流來輕微打開細胞，實現高效的細胞內記錄。微孔設計類似于傳統的膜片鉗電極，但比垂直納米針電極更容易制造，而且與神經元內部耦合效果更好。實驗結果超出了預期，在4096個微孔電極中，平均有超過3600個（即90%）實現了與頂部神經元的細胞內耦合。由此得到的高質量記錄數據使科學家可以根據每個突觸連接的特征和強度進行分類，這將極大推進人們對神經網絡結構和功能的理解。
總編輯圈點：
新工具的誕生總會推動一場認知革命，新觀測手段也正在拓展我們對大腦的認知邊界。此次，科研團隊開發的新型電子芯片，成功記錄下了大鼠腦細胞網絡中神經元間突觸信號的細微變化。這一表面上布滿4000余個微孔電極陣列的芯片，仿佛細胞間的“聽診器”，記錄著神經元之間的交流。有了這一技術，我們不僅獲得了“腦地圖”，還看到了不同道路上的“交通流量”。這讓我們得以進一步了解神經網絡的結構和功能，也為我們治療腦部疾病打開了新視角。
