人腦，由約860億個神經(jīng)元構(gòu)成，每個神經(jīng)元通過數(shù)萬個突觸連接形成一個遠(yuǎn)比互聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)。如何在如此龐雜的系統(tǒng)中精確捕捉單個神經(jīng)元的電活動，一直是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的“圣杯”級挑戰(zhàn)。

 

如今，一場神經(jīng)記錄技術(shù)的“高清革命”正悄然到來。華盛頓大學(xué)研究團(tuán)隊在國際頂級期刊《Neuron》上發(fā)表題為《Ultra-high-densIT(http://www.weberwork.com/sell/l_25/)y Neuropixels probes improve detection and identification in neuronal recordings》的研究，推出新一代神經(jīng)探針——Neuropixels Ultra。這項技術(shù)被形象地比喻為“從標(biāo)清電視躍升至8K超高清”，首次讓科學(xué)家得以以前所未有的精度“看清”大腦中神經(jīng)電活動的精細(xì)圖景。

 

神經(jīng)科學(xué)的“超清攝像頭”

傳統(tǒng)的腦電記錄技術(shù)如同在音樂廳外聆聽整場交響樂，雖能感知整體節(jié)奏，卻難以分辨每一件樂器的音色。即便早期的Neuropixels探針（NP 1.0/2.0）已能同時記錄數(shù)千個神經(jīng)元，為研究感知、決策等高級功能提供了寶貴數(shù)據(jù)，但其在空間分辨率和單細(xì)胞識別精度上仍存在局限。

 

Neuropixels Ultra則如同為大腦安裝了一臺“超清電壓傳感相機(jī)”。作為美國國立衛(wèi)生研究院“BRAIN計劃”的重要成果，這款新型硅基探針實現(xiàn)了技術(shù)上的重大飛躍：其記錄站點尺寸更小、密度更高——站點數(shù)量比前代增加近10倍，空間排布更為緊密，從而能夠捕捉神經(jīng)元電場的平面“圖像”，實現(xiàn)對細(xì)胞外電活動的高精度映射。

 

從“聽見”到“看清”：技術(shù)飛躍帶來科學(xué)突破

在小鼠視覺皮層的測試中，Neuropixels Ultra展現(xiàn)出驚人性能：

 

檢測神經(jīng)元數(shù)量翻倍：相比前代探針，可識別的活躍神經(jīng)元數(shù)量增加了一倍以上；

細(xì)胞亞型精準(zhǔn)分類：能夠以約80%的準(zhǔn)確率區(qū)分三種皮層神經(jīng)元亞型，以約85%的準(zhǔn)確率將其與其他神經(jīng)元區(qū)分開；

揭示“空間足跡”新特征：研究首次發(fā)現(xiàn)，動作電位在探針上的“空間范圍”或“足跡”可有效區(qū)分軸突與胞體記錄。這一特征在低密度探針中幾乎無法捕捉，但在Ultra探針的高密度陣列下清晰可辨；

跨物種普適性驗證：該技術(shù)還在電魚、鬃獅蜥和豬尾獼猴等多種物種中成功識別小足跡電活動，證明其在進(jìn)化多樣性的腦結(jié)構(gòu)中具有廣泛適用性。

盡管單個記錄站點因尺寸縮小導(dǎo)致信噪比略有下降，但憑借超高密度帶來的豐富空間信息，整體數(shù)據(jù)質(zhì)量顯著提升。研究人員能更精確地定位峰值信號來源，并有效分離鄰近神經(jīng)元的電活動，極大提高了對視覺響應(yīng)神經(jīng)元的識別效率和解碼準(zhǔn)確性。

 

權(quán)衡與未來：更高精度，更廣可能

研究團(tuán)隊指出，Neuropixels Ultra與舊款探針各有優(yōu)勢：Ultra在空間分辨率和單細(xì)胞識別上無與倫比，而前代探針具有更大的垂直記錄跨度，適用于跨腦區(qū)長距離監(jiān)測。然而，此次成果充分證明，提升記錄密度是推動神經(jīng)電生理學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵路徑。

 

這種“超清”觀測能力不僅有助于繪制更精細(xì)的腦功能圖譜，還將深入揭示學(xué)習(xí)、記憶、決策等認(rèn)知過程的神經(jīng)機(jī)制，并為理解帕金森病、癲癇、精神分裂癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的異常電活動提供前所未有的工具(http://www.weberwork.com/sell/l_5/)。

 

未來，隨著Neuropixels Ultra的廣泛應(yīng)用，科學(xué)家或?qū)⒄嬲?ldquo;聽見”每一個神經(jīng)元的聲音，看懂大腦這部“宇宙中最復(fù)雜機(jī)器”的實時運行邏輯，為解開意識與智能之謎打開一扇全新的窗口。