《自然方法》：新的大脑探针同时记录和控制神经元活动

一项突破性的新技术，由伦敦大学学院的科学家共同开发，可以同时记录和操纵大脑深处的神经元活动，这可能会改变我们对神经回路和神经系统疾病的理解，比如阿尔茨海默病和精神分裂症。

　　

这种被称为“神经像素光”的设备在老鼠身上进行了研究，它整合了两种强大但传统上独立的技术：电生理学（研究活细胞的电活动）和光遗传学（结合遗传学和光学来控制细胞）。它们形成一个单一的探针，使人们能够前所未有地了解大脑中单个神经元的功能和相互作用。

该系统发表在《自然方法》杂志上，研究人员可以监控数百个神经元的电活动，同时也可以利用光选择性地激活或沉默特定的细胞。

这项研究是由伦敦大学学院和艾伦研究所（美国西雅图）的科学家领导的一个国际团队开发的，是一个1500万英镑项目的一部分，该项目由威康信托基金、艾伦研究所和其他合作伙伴资助，旨在研究神经像素探针技术。

科学家们相信，通过揭示单个神经元如何在复杂的电路中相互作用，驱动行为、感知和疾病，Neuropixels optop可以改变我们对大脑的理解。

“大脑通过复杂的电活动模式处理信息，数十亿神经元通过快速的电信号进行交流。要了解这些信号是如何引起行为、思想和疾病的，需要既能观察又能影响神经元活动的工具。

到目前为止，科学家们通常依靠不同的方法：电生理探针来记录神经活动，光遗传学来控制它。事实证明，将两者结合起来具有挑战性，特别是在大脑的深层区域，在那里传递光而不干扰敏感的记录在技术上是困难的。

Neuropixels Opto通过将这两种功能集成到一个设备中，克服了这些限制，从而能够同时测量和操作神经回路。“伦敦大学学院眼科研究所Matteo Carandini说。

比头发丝还小的探针

这项技术的核心是一个比人类头发还窄的硅探针，配备了数百个记录点和微型光源。

这些特点使探针能够捕获来自沿其长度分布的神经元的详细电信号，同时在大脑的多个部位精确地提供有针对性的光刺激。

Carandini教授是伦敦大学学院的视觉神经科学教授，他补充说：“这使得第一次直接测试特定神经元如何影响周围回路的活动成为可能——揭示了神经元活动和大脑功能之间的因果关系。”

“在同一实验中记录和控制神经元活动的能力是神经科学的重大进步。”

该研究的主要作者之一、伦敦大学学院眼科研究所的研究员Karolina Socha博士已经开始使用这些探针来研究大脑皮层的功能，大脑皮层负责许多最先进的功能。她说，她对小鼠的研究提供了一些令人惊讶的观察结果。

她说：“通过选择性地激活或沉默特定类型的神经元，同时监测附近细胞的反应，我们可以开始绘制大脑的不同组成部分如何协同工作以产生行为。”

“我们惊奇地发现，大脑皮层中神经元的活动可以明显地定位。到目前为止，我们认为神经元是如此相互联系，以至于不可能激活其中一些而不激活其他许多神经元。新的Neuropixels光电探针显示，这些神经元不仅可以协同工作，而且可以相当独立地工作。”

这种方法有望帮助解决神经科学中长期存在的问题，包括信息是如何在大脑区域之间处理的，以及特定的神经回路是如何影响感知、学习和决策的。

对研究脑部疾病的启示

这项技术也可能对理解神经和精神疾病有重要意义。

许多疾病，包括精神分裂症、阿尔茨海默病和帕金森病，都与神经元交流方式的中断有关。通过提供更清晰的神经回路在健康和患病状态下的功能，Neuropixels optop可以支持更有针对性的治疗方法的开发。

Neuropixels optop的开发涉及美国、英国和欧洲的机构以及工程合作伙伴之间的广泛合作。

这项工作是一项更广泛努力的一部分，目的是开发用于大规模研究大脑的先进工具，使全球研究人员更容易获得高分辨率、大规模的神经记录。

神经科学工具向前迈进了一步

神经像素是新一代的硅探针，它的作用就像微小的电极，使科学家能够同时记录大脑不同区域数百个神经元的电活动。

通过将大约1000个紧密间隔的记录点打包到一个超薄探针上，他们可以在同时监测大型神经网络的同时捕获来自单个脑细胞的高分辨率信号。