哈佛大学的一支科研团队近日宣布了一项神经科学领域的重大突破，他们成功研发出一种内置4096个微孔电极阵列的互补金属氧化物半导体（CMOS）芯片。这一创新技术能够同时记录多个神经细胞的电活动，为科学家探索大脑内部神经连接的奥秘提供了前所未有的工具。
据《自然》杂志报道，该团队利用这一芯片成功绘制了2000个大鼠神经元的图谱，并揭示了超过7万个神经元之间的复杂连接。这一成果不仅展示了芯片在测量每个连接信号强度方面的能力，还令人惊叹地识别了信号的类型，为理解大脑如何处理信息提供了关键线索。
在神经科学研究领域，这一技术突破被视为一个里程碑。传统的电子显微镜虽然能够观察到突触连接的形态，但无法测量和记录信号的传输过程。而膜片钳电极虽然能够精确记录微弱的神经信号，但其应用范围受限于只能测量少量细胞。相比之下，新型CMOS芯片则能够同时监测数千个神经元的活动，大大拓展了研究的广度和深度。
研究人员表示，每个微孔电极都相当于一个膜片钳电极，通过在单个芯片上集成超过4000个这样的阵列，他们实现了对数千个神经元的同步监测。这一技术的易用性和高效性，使得研究人员能够深入研究大量神经元之间的相互作用，进而理解这些活动如何构成复杂的思维过程，如思考和学习。
与2020年开发的垂直纳米针电极技术相比，微孔电极不仅与神经元内部的耦合效果更佳，而且制造过程更加简便。研究团队成员王军表示，这种易用性是研究团队关注的另一个重要方面，它使得更多研究人员能够利用这一技术进行神经科学研究。
研究团队利用这一芯片成功监测了超过3600个大鼠神经元，成功率接近90%。在此基础上，他们记录了超过7万个神经元之间的连接，这一数字是此前记录的200多倍。这一成果不仅展示了芯片在记录神经元连接方面的强大能力，还为后续研究提供了丰富的数据支持。
然而，尽管取得了这一显著进展，但绘制完整人脑图谱的任务仍然任重道远。人类大脑拥有约860亿个神经元，每个神经元平均有35个连接，这意味着大脑中至少有30.1亿个突触连接。面对如此庞大的数据量，如何进行有效的分析和处理成为了一个巨大的挑战。
研究团队成员韩东赫表示，在成功实现大规模并行细胞内记录后，他们正在致力于开发一种可用于活体大脑的新设计，以应对这一挑战。同时，他们已经从现有数据中获得了关于突触连接的深刻见解，为未来的研究奠定了坚实基础。
如果研究团队能够在活体大脑中成功实现神经连接的映射，这一技术将为多项技术进步提供可能。例如，它可用于人工智能训练，提高AI芯片的效率和计算能力，从而在不消耗大量电力的情况下实现巨大的计算性能。这一技术还可应用于心理健康研究，帮助科学家更好地理解突触连接的活动（或异常活动）如何影响大脑的感知和认知功能。
