本文与 Futurity 合作发布。
研究人员制造出了神经探针，其中可能包含有史以来体积最小的可植入LED。
这些新型探针能够控制并记录许多单个神经元的活动，并测量单个神经元活动的变化如何影响其相邻神经元。
该团队已在小鼠身上测试了这些探针，并预计，基于其设计的探针实验可能会在理解和治疗阿尔茨海默病等神经系统疾病方面取得突破。
“这是非常大的一步，”参与该研究的密歇根大学名誉教授 Kensall Wise 说。“能够在活体大脑中通过探针产生这些光学信号，为我们打开了新的大门。”
研究人员表示，约1000亿个神经元组成的网络支撑着人脑运作，弄清它们如何协同工作是一项艰巨而重要的任务。
“数亿人患有神经系统疾病，但由于人们对大脑的科学认识尚不足，目前的治疗方法和药物非常有限，”电气工程与计算机科学系博士后研究员、该研究结果新论文的共同第一作者吴帆（Fan Wu）说。该论文发表于 Neuron。
“我们开发了一种工具，它是更好地理解大脑如何运作以及为何无法正常运作所必需的，以尝试解决这些问题。”
与神经元大小相当的探针
在经过基因改造的啮齿动物中，神经元可以通过光被开启和关闭。通常，使用这种称为“光遗传学”技术的神经科学家会通过植入的光纤将光照射到大脑某一区域，并用第二个装置记录反应。这有助于揭示大脑哪些区域负责哪些行为。但它无法揭示神经元之间如何相互通信。
新型探针可以做到这一点。每个探针阵列包含12个LED和32个电极。微型LED与神经元的细胞体一样小，因此可以开启和关闭单个神经元。与此同时，微电极在单神经元水平上测量活动，报告一个神经元的行为变化如何影响周围网络。
“现在我们可以了解一组细胞（包括相邻的和较远的）如何响应单个细胞的激活，”吴说。“这将帮助我们更好地理解这些细胞如何相互通信。”
寻找记忆
探针虽然是在密歇根大学制造的，但用于验证其功能的实验是在纽约大学的 György Buzsáki 实验室进行的，他是实验神经科学领域的领军人物。目前担任特拉维夫大学神经科学助理教授的 Eran Stark 利用这些探针测量信号如何在小鼠大脑中传递。他重点研究大脑中负责短期和长期记忆的区域。
[探针在光激发神经元时“做笔记”]
“利用微型LED探针，我们或许能够厘清信号如何在神经回路中传播，从而理解记忆是如何形成、提取和替换的，”密歇根大学电气工程与计算机科学教授、项目负责人 Euisik Yoon 说。
这项概念验证实验发现，海马体中的浅层神经元和深层神经元在受到刺激时会产生不同类型的脑电波。未来的实验将探索这些脑电波与记忆之间的关系。
美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会资助了该研究。
发表本文并不意味着世界经济论坛认同其中观点。
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作者：Catharine June 任职于密歇根大学电气工程与计算机科学系，并为 Futurity 撰稿。
图片：一名女子走过麻省理工学院博物馆举办的“MIT 150”展览媒体预览会上，展示患者“H.M.”脑切片的展台。REUTERS/Brian Snyder。
