新型硅芯片記錄腦活動

    芯片是數字經濟的引擎，例如生成式人工智能(AI)等有望改變多個行業的科學技術都有賴於強大芯片。美國哈佛大學團隊日前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，團隊繪製並記錄了二千個大鼠神經元之間的超過七萬個“突觸”連接，這標誌着神經元記錄技術的重大突破，有助於人們深入理解大腦功能。

    高階大腦功能源於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”，科學家致力於繪製這些“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，但它們無法提供關於連接強度的信息，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，並據此判斷“突觸”連接的強度。然而，將這種技術應用於大規模神經元群的研究一直面臨挑戰。

    據悉，在這項研究中，團隊使用一塊具有四千○九十六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並行細胞內記錄。通過這種方法，他們從大約二千個神經元中提取了超過七萬個“突觸”連接的資料。

    研究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。微孔設計類似於傳統的膜片鉗電極，但比垂直納米針電極更容易製造，而且與神經元內部耦合效果更好。

    實驗結果超出了預期，在四千○九十六個微孔電極中，平均有超過三千六百個（即百分之九十）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資料使科學家可以根據每個“突觸”連接的特徵和強度進行分類，這將極大推進人們對神經網絡結構和功能的理解。

    研究團隊指出，新工具的誕生總會推動一場認知革命，新觀測手段正在拓展我們對大腦的認知邊界。

    美    子