高分辨率细胞外电生理学通常用于记录神经元活动，以理解大脑功能。将电生理学与光遗传学相结合，使研究人员能够通过激活或抑制特定神经元群体并同时记录神经活动的效果，来测试这些特定神经元的因果作用。
目前，由伦敦大学学院(UCL)科学家共同开发的一项新技术能够同时记录和操控大脑深处的神经元活动。这种名为Neuropixels Opto的设备在小鼠身上进行了研究，它将电生理学和光遗传学集成在一个探针中，使研究人员能够以前所未有的方式深入了解大脑中单个神经元的功能和相互作用。通过在一个超薄探针上密集排列约1,000个记录位点，该设备能够同时捕捉来自单个脑细胞的高分辨率信号并监测大型神经网络。该设备可能会彻底改变我们对神经回路和神经系统疾病(如阿尔茨海默病和精神分裂症)的理解。
"这使我们首次能够直接测试特定神经元如何影响周围回路的活动——揭示神经元活动与大脑功能之间的因果关系，"伦敦大学学院眼科研究所教授Matteo Carandini博士指出。"在同一个实验中既能记录又能控制神经元活动的能力代表了神经科学的重大进步。"
这项工作发表在《自然·方法》杂志上，论文题为"Neuropixels Opto：结合高分辨率电生理学和光遗传学"。该设备在一个70微米宽、1厘米长的探针上集成了960个电记录位点和两组各14个光源，允许使用蓝光和红光进行空间可寻址的光遗传刺激。该设备使研究人员能够监测数百个神经元的电活动，同时使用光选择性地激活或沉默特定细胞。
"大脑通过复杂的电活动模式处理信息，数十亿神经元通过快速电信号进行通信，"Carandini解释道。"理解这些信号如何产生行为、思维和疾病需要能够同时观察和影响神经元活动的工具。"
"到目前为止，科学家们通常依赖于分开的方法：使用电生理探针记录神经活动，使用光遗传学控制神经活动，"Carandini补充道。"将这两种技术结合起来一直具有挑战性，特别是在大脑深层区域，由于技术困难，要在不干扰敏感记录的情况下传递光信号是很困难的。Neuropixels Opto通过将这两种能力集成到一个设备中，克服了这些限制，实现了对神经回路的同时测量和操控。"
伦敦大学学院眼科研究所研究员Karolina Socha博士已使用这些探针研究大脑皮层的功能。"我们惊讶地发现皮层中神经元的活动可以非常局部化。到目前为止，我们认为神经元是如此相互连接，以至于不可能在不激活许多其他神经元的情况下激活其中一些神经元，"她说。"新的Neuropixels Opto探针显示，这些神经元不仅可以协同工作，而且相当独立地工作。"
该技术对于理解神经和精神疾病也可能具有重要意义。包括精神分裂症、阿尔茨海默病和帕金森病在内的许多疾病都与神经元通信的中断有关。通过提供健康和疾病状态下神经回路功能的更清晰图像，Neuropixels Opto可能支持开发更具针对性的治疗方法。
【全文结束】
