美國哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種創(chuàng)新硅芯片，能夠記錄大量神經(jīng)元間突觸信號的細(xì)微變化。利用該芯片，團(tuán)隊(duì)繪制并記錄了2000個(gè)大鼠神經(jīng)元之間的超過7萬個(gè)突觸連接。研究成果發(fā)表在最新的《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》雜志上，標(biāo)志著神經(jīng)元記錄技術(shù)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(xì)胞或神經(jīng)元之間的特定連接方式。神經(jīng)元間的接觸點(diǎn)稱為突觸，科學(xué)家致力于繪制這些突觸連接圖，不僅為了揭示哪些神經(jīng)元相互連接，還需要評估每個(gè)連接的強(qiáng)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(guān)于連接強(qiáng)度的信息，這限制了人們對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能的理解。

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硅芯片上的微孔電極陣列（部分）。

相比之下，膜片鉗電極是目前記錄神經(jīng)元活動的黃金標(biāo)準(zhǔn)，它能高效進(jìn)入單個(gè)神經(jīng)元內(nèi)部，精確記錄其突觸信號，并據(jù)此判斷突觸連接的強(qiáng)度。然而，將這種技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模神經(jīng)元群的研究一直面臨挑戰(zhàn)。

在這項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)使用一塊具有4096個(gè)微孔電極陣列的硅芯片，在芯片上培養(yǎng)的大鼠神經(jīng)元中進(jìn)行了大規(guī)模并行細(xì)胞內(nèi)記錄。通過這種方法，他們從大約2000個(gè)神經(jīng)元中提取了超過7萬個(gè)突觸連接的數(shù)據(jù)。

團(tuán)隊(duì)通過向電極注入小電流來輕微打開細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)高效的細(xì)胞內(nèi)記錄。微孔設(shè)計(jì)類似于傳統(tǒng)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(jīng)元內(nèi)部耦合效果更好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果超出了預(yù)期，在4096個(gè)微孔電極中，平均有超過3600個(gè)（即90%）實(shí)現(xiàn)了與頂部神經(jīng)元的細(xì)胞內(nèi)耦合。由此得到的高質(zhì)量記錄數(shù)據(jù)使科學(xué)家可以根據(jù)每個(gè)突觸連接的特征和強(qiáng)度進(jìn)行分類，這將極大推進(jìn)人們對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能的理解。