哈佛大學的一支科研團隊近日宣布了一項神經(jīng)科學領域的重大突破，他們成功研發(fā)出一種內置4096個微孔電極陣列的互補金屬氧化物半導體（CMOS）芯片。這一創(chuàng)新技術能夠同時記錄多個神經(jīng)細胞的電活動，為科學家探索大腦內部神經(jīng)連接的奧秘提供了前所未有的工具。

據(jù)《自然》雜志報道，該團隊利用這一芯片成功繪制了2000個大鼠神經(jīng)元的圖譜，并揭示了超過7萬個神經(jīng)元之間的復雜連接。這一成果不僅展示了芯片在測量每個連接信號強度方面的能力，還令人驚嘆地識別了信號的類型，為理解大腦如何處理信息提供了關鍵線索。

在神經(jīng)科學研究領域，這一技術突破被視為一個里程碑。傳統(tǒng)的電子顯微鏡雖然能夠觀察到突觸連接的形態(tài)，但無法測量和記錄信號的傳輸過程。而膜片鉗電極雖然能夠精確記錄微弱的神經(jīng)信號，但其應用范圍受限于只能測量少量細胞。相比之下，新型CMOS芯片則能夠同時監(jiān)測數(shù)千個神經(jīng)元的活動，大大拓展了研究的廣度和深度。

研究人員表示，每個微孔電極都相當于一個膜片鉗電極，通過在單個芯片上集成超過4000個這樣的陣列，他們實現(xiàn)了對數(shù)千個神經(jīng)元的同步監(jiān)測。這一技術的易用性和高效性，使得研究人員能夠深入研究大量神經(jīng)元之間的相互作用，進而理解這些活動如何構成復雜的思維過程，如思考和學習。

與2020年開發(fā)的垂直納米針電極技術相比，微孔電極不僅與神經(jīng)元內部的耦合效果更佳，而且制造過程更加簡便。研究團隊成員王軍表示，這種易用性是研究團隊關注的另一個重要方面，它使得更多研究人員能夠利用這一技術進行神經(jīng)科學研究。

研究團隊利用這一芯片成功監(jiān)測了超過3600個大鼠神經(jīng)元，成功率接近90%。在此基礎上，他們記錄了超過7萬個神經(jīng)元之間的連接，這一數(shù)字是此前記錄的200多倍。這一成果不僅展示了芯片在記錄神經(jīng)元連接方面的強大能力，還為后續(xù)研究提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。

然而，盡管取得了這一顯著進展，但繪制完整人腦圖譜的任務仍然任重道遠。人類大腦擁有約860億個神經(jīng)元，每個神經(jīng)元平均有35個連接，這意味著大腦中至少有30.1億個突觸連接。面對如此龐大的數(shù)據(jù)量，如何進行有效的分析和處理成為了一個巨大的挑戰(zhàn)。

研究團隊成員韓東赫表示，在成功實現(xiàn)大規(guī)模并行細胞內記錄后，他們正在致力于開發(fā)一種可用于活體大腦的新設計，以應對這一挑戰(zhàn)。同時，他們已經(jīng)從現(xiàn)有數(shù)據(jù)中獲得了關于突觸連接的深刻見解，為未來的研究奠定了堅實基礎。

如果研究團隊能夠在活體大腦中成功實現(xiàn)神經(jīng)連接的映射，這一技術將為多項技術進步提供可能。例如，它可用于人工智能訓練，提高AI芯片的效率和計算能力，從而在不消耗大量電力的情況下實現(xiàn)巨大的計算性能。這一技術還可應用于心理健康研究，幫助科學家更好地理解突觸連接的活動（或異?；顒樱┤绾斡绊懘竽X的感知和認知功能。