由伦敦大学学院（UCL）科学家共同开发的一项突破性技术能够同时记录和操控大脑深处的神经元活动，这可能会彻底改变我们对神经回路和神经系统疾病（如阿尔茨海默病和精神分裂症）的理解。
这种名为Neuropixels Opto的设备在小鼠身上进行了研究，它将两种强大但传统上分离的技术——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）——整合在一起。它们形成了一个单一的探针，使研究人员能够以前所未有的洞察力了解大脑中单个神经元的功能和相互作用。
发表在《自然·方法》杂志上的这项系统，使研究人员能够监测数百个神经元的电活动，同时使用光选择性地激活或沉默特定细胞。
由伦敦大学学院和美国西雅图艾伦研究所科学家领导的国际团队开发了这一技术，该研究是威康信托基金会、艾伦研究所和其他合作伙伴资助的1500万英镑项目的一部分，旨在研究Neuropixels探针技术。
科学家们认为，Neuropixels Opto可以通过揭示个体神经元如何在复杂回路中相互作用以驱动行为、感知和疾病，从而彻底改变我们对大脑的理解。
共同作者、UCL眼科研究所的Matteo Carandini教授表示："大脑通过复杂的电活动模式来处理信息，数十亿神经元通过快速电信号进行通信。"
"理解这些信号如何产生行为、思维和疾病需要能够同时观察和影响神经元活动的工具。"
"到目前为止，科学家通常依赖于分开的方法：用电生理探针记录神经活动，用光遗传学控制它。将两者结合起来一直具有挑战性，特别是在大脑深层区域，在那里在不干扰敏感记录的情况下传递光在技术上是困难的。"
"Neuropixels Opto通过将这两种能力集成到一个设备中，克服了这些限制，实现了对神经回路的同时测量和操控。"
一个比人类头发还细的探针
该技术的核心是一个比人类头发还细的硅探针，配备了数百个记录位点以及微型光源。
这些功能使探针能够捕获沿其长度分布的神经元的详细电信号，同时在大脑的多个位点提供精确的目标光刺激。
UCL视觉神经科学教授Carandini补充道："这使得我们第一次能够直接测试特定神经元如何影响周围回路的活动——揭示神经元活动与大脑功能之间的因果关系。"
"能够在同一实验中记录和控制神经元活动代表了神经科学的重大进步。"
UCL眼科研究所的研究员、共同主要作者Karolina Socha博士已经开始使用这些探针研究大脑皮层的功能——负责大脑许多最先进能力的部分。她说她在小鼠身上的研究提供了一些令人惊讶的观察结果。
"通过在监测附近细胞反应的同时选择性地激活或沉默特定类型的神经元，我们可以开始绘制大脑不同组成部分如何协同工作以产生行为。"她说。
"我们惊讶地发现，皮层中神经元的活动可以出人意料地局部化。到目前为止，我们认为神经元是如此相互连接，以至于不可能在不激活许多其他神经元的情况下激活其中一些。新的Neuropixels Opto探针显示，这些神经元不仅可以协同工作，而且相对独立地运作。"
这种方法有望帮助解决神经科学中长期存在的问题，包括信息如何在大脑区域之间处理，以及特定神经回路如何对感知、学习和决策做出贡献。
对研究脑部疾病的意义
该技术也可能对理解神经和精神疾病具有重要意义。
包括精神分裂症、阿尔茨海默病和帕金森病在内的许多疾病都与神经元通信的中断有关。通过提供健康和疾病状态下神经回路功能的更清晰图景，Neuropixels Opto可能支持开发更有针对性的治疗方法。
Neuropixels Opto的开发涉及美国、英国和欧洲的多个机构以及工程合作伙伴之间的广泛合作。
这项工作是开发大规模研究大脑的先进工具的更广泛努力的一部分，旨在使高分辨率、大规模的神经记录对全球研究人员更加可及。
神经科学工具的前进一步
Neuropixels是下一代硅探针，作用类似于微小电极，使科学家能够同时记录不同大脑区域数百个神经元的电活动。
通过在超薄探针上紧密排列约1,000个记录位点，它们使得能够从单个脑细胞捕获高分辨率信号，同时监测大型神经网络。
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