据《自然》报导,透过这个芯片,研究团队能描绘2,000个大鼠神经元,绘制神经元之间超过7万个连接的图像,该芯片还能测量每个连接之间的讯号强度,并描述这之间传送的讯号类型。yo2esmc
这是神经元研究的一大进步,科学家可精确地绘制大脑内神经连结的每一个细节,虽然电子显微镜可以观察这些突触连接,但无法测量和记录这些讯号。另一种技术「膜片钳(patch-clamp)电极」虽然能让研究人员精确记录最微弱的神经讯号,但只能测量少量细胞,限制其在研究大量神经元时的有效程度。yo2esmc
新的CMOS芯片让研究人员能研究相对大量的神经元之间的相互作用,进而理解这些神经元活动如何处理复杂的心智过程,例如思考和学习。研究人员表示,每个微孔如同一个膜片钳电极,透过在单一芯片内加入超过4,000个这样的阵列,能有效监控数以千计的神经元。yo2esmc
研究人员Jun Wang指出,与2020年开发的垂直纳米针电极技术相比,微孔电极不仅比更能与神经元内部耦合,制造过程更方便。yo2esmc
研究团队利用4,096个微孔成功监测超过3,600个大鼠神经元,成功率接近90%。在此基础上,该团队可记录超过70,000个连接,比之前300个记录多出200多倍。尽管如此,距离绘制人脑的神经元还有一段距离,人脑平均有860亿个神经元,假设每个神经元平均有35个连结,我们的大脑至少有30.1亿个突触连结。yo2esmc
研究人员Donhee Ham指出,在成功实现大规模平行细胞内纪录后,最大挑战之一是如何分析大量的资料,「我们走过漫长道路,深入了解突触连接。我们现在正朝着可部署在活体大脑中的更新设计努力」。yo2esmc
如果研究团队成功做到这点,并绘制每个神经连接在活脑中的运作方式,未来有望用于AI训练,甚至打造更高效AI芯片,或者作为心理健康研究,因为科学家可以了解突触连接如何活动(或异常活动)、如何影响心灵感知。yo2esmc
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