神經(jīng)科學(xué)的研究正由宏觀轉(zhuǎn)為微觀,。從膜片鉗到自動插接,，科學(xué)家正努力實(shí)現(xiàn)對大腦的研究的突破,。

無論是行走、說話或是思索宇宙奧義,，你腦中至少有數(shù)以百億計(jì)的神經(jīng)元突觸將隨時(shí)被激活,。

麻省理工的神經(jīng)學(xué)家ED Boyden說：“若想了解自己，困難在于要先了解我們的大腦是如何生成思想的,，以及我們的思想是如何造就自己的,。”

一立方毫米的大腦組織中包含了超過100,，000個(gè)神經(jīng)元,，它們通過十億個(gè)神經(jīng)元突觸之間毫秒級的計(jì)算進(jìn)行相互連接。為了了解信息如何在這些循環(huán)通路中流動,，我們首先需要含有神經(jīng)元及神經(jīng)膠質(zhì)的“大腦部位”的清單,。但是光有這樣的清單是不夠的。我們還需要繪制這些細(xì)胞的連接方式,，以及通過電和化學(xué)的手段監(jiān)控其一段時(shí)間內(nèi)的活動,。

研究人員能夠在小范圍內(nèi)做到這一點(diǎn)，這要?dú)w功于20世紀(jì)70年代的一項(xiàng)技術(shù)——膜片鉗技術(shù),。將一枚小玻璃針盡量貼近大腦中的一個(gè)神經(jīng)元,，這樣研究人員就能夠?yàn)橐粋€(gè)單獨(dú)的神經(jīng)元進(jìn)行顯微手術(shù),，并通過刺穿細(xì)胞膜來記錄通過這個(gè)神經(jīng)元毫伏級的電脈沖。膜片鉗也能夠幫助人們測量細(xì)胞中的蛋白質(zhì)含量,，通過揭示分子特征來解釋為什么某個(gè)神經(jīng)元會與其他細(xì)胞有著截然不同的表現(xiàn),。神經(jīng)學(xué)家甚至能向其中注射發(fā)光的染液來觀察細(xì)胞形態(tài)。膜片鉗已為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域服務(wù)了40年,，但為何如今會作為一項(xiàng)新的神經(jīng)科學(xué)技術(shù)出現(xiàn)在我們面前呢,？

用膜片鉗監(jiān)控神經(jīng)元的活動 圖片來源：麻省理工學(xué)院Ed Boyden實(shí)驗(yàn)室

答案就是：機(jī)器人。Boyden設(shè)計(jì)機(jī)器人來完成這些令人驚喜的工作,。這并非普通的機(jī)器人,，它服務(wù)于神經(jīng)元，也就是那些大小為鉛筆尖幾百分之一的東西,。當(dāng)前,，這個(gè)機(jī)器人能夠“自動插接”到細(xì)胞中。Boyden計(jì)劃制造大型的并聯(lián)機(jī)器人,，讓它們?yōu)樯窠?jīng)元做顯微手術(shù),，同時(shí)揭示這些神經(jīng)的形狀和功能。將來,，我們會獲得越來越多的記錄,。

迄今為止，很少有實(shí)驗(yàn)記錄兩個(gè)連接細(xì)胞之間的關(guān)系,，以解釋一個(gè)神經(jīng)元怎樣通過生物電的方式影響另一個(gè)神經(jīng)元,，這一定程度上是由于監(jiān)控單細(xì)胞是一項(xiàng)“艱巨”的任務(wù)。但是自動插接技術(shù)的出現(xiàn)改變了現(xiàn)狀,，也有望在藥理學(xué)應(yīng)用上發(fā)揮作用,。自動插接技術(shù)已經(jīng)開始用來揭示相對于培養(yǎng)皿中細(xì)胞，不同藥物會如何影響體內(nèi)不同的細(xì)胞類型,，且表現(xiàn)得如此不同,。在理想條件下，我們最終可以檢驗(yàn)藥物對正常情況下和特定行為動物整個(gè)大腦的影響,。 如今,，通過人與機(jī)器的配合，神經(jīng)科學(xué)的未來將比我們想象的更加光明,。

編者按：這是《新興腦科學(xué)》系列的第三部分,。當(dāng)我們探究神經(jīng)科學(xué)如何改變我們所理解的大腦時(shí)，我們參加了麻省理工的一個(gè)12名博士生的試點(diǎn)班,。該系列的每篇文章都與麻省理工神經(jīng)生物學(xué)工程研究中心的演講與實(shí)驗(yàn)過程相符合,。該實(shí)驗(yàn)得到了MITx 的支持，并通過EyeWire進(jìn)行建模,。下周同一時(shí)間,，我們將利用藻類中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)蛋白探索基因工程神經(jīng)元如何幫助研究者對激活行為和功能性進(jìn)行匹配。