Neuron：大脑“超清摄像头”问世！神经观测有望进入新时代

来源：100医药网 2025-10-07 11:03

人脑由近860亿个神经元组成，每个神经元又通过数万个突触与其他神经元相连形成一个比整个互联网还要复杂的网络。如何在这个庞大而精密的系统中精确观测单个神经元的电活动，一直是神经科学领域的巨大挑战。

如今，一项突破性技术正带来革命性的变化，新一代的Neuropixels Ultra探针如同将标清电视升级为8K超高清，让科学家首次看清了大脑神经电活动的精细景观。相关研究结果 Ultra-high-density Neuropixels probes improve detection and identification in neuronal recordings 发表在了国际杂志Neuron上。

神经科学的 高清革命

来自华盛顿大学的研究人员表示，Neuropixels Ultra能以前所未有的精度记录数千个脑细胞的活动，如同为大脑安装了一台 超清摄像头 。

理解行为背后的神经机制需要灵敏且精确地测量单神经元和单脉冲分辨率的神经活动，细胞外电生理学提供了这种可能，但其存在检测偏差且对动作电位的分辨并不完美。为了突破这些限制，这项研究中，研究人员开发出了这款站点更小、密度更高的硅探针。

研究者Nick Steinmetz博士指出，我们所开发的硅探针，其记录站点比之前的设计要小得多、密得多。这项研究是美国国立卫生研究院 BRAIN计划 的一部分，该计划旨在开发和应用创新技术来绘制脑回路图并理解其功能。

与NP 1.0和2.0相比，NP Ultra探针的站点布局更密集，但跨度更小

技术突破：从 听见 到 看清

传统的脑电记录技术犹如在音乐厅外聆听交响乐，即能听到整体效果，但难以分辨每种乐器的独特音色。早期的Neuropixels探针能同时记录数百至数千个神经元的电活动，为科学家研究感知和决策的神经基础提供了宝贵数据。然而，这些探针无法对精细尺度的大脑结构进行采样，且在分辨单个脑细胞周围的电场方面也受限。

新型Neuropixels Ultra探针本质上是一种可植入的电压传感相机，其能捕捉神经元电场的平面图像。通过获得比以往更详细的脑细胞周围电场信息，新探针提高了科学家检测和分类单个细胞的能力。

性能飞跃：数据量翻倍，精度大幅提升

在测试中，研究人员记录了小鼠视觉皮层（位于大脑后部，负责处理和解释来自眼睛的信息的区域）的活动。结果显示，与其它版本的Neuropixels相比，科学家能检测到两倍多的脑细胞。此外，他们还能区分三种皮质细胞亚型，准确率约80%，并能将这些细胞亚型与其它神经元区分开来，准确率约85%，而且能检测特定的细胞亚型对于研究脑回路至关重要。

尽管该探针因从更小的站点收集数据，每个通道的噪声水平比早期探针更高，但由于其采样的记录站点多了10倍，整体数据质量反而更优。研究者指出，新探针的超高空间分辨率带来了一个意外发现，即细胞外波形的一个特征 空间范围或 足迹 能区分轴突记录与胞体记录。

这些小的空间足迹很难用低密度探针检测到，但用Neuropixels Ultra可以一致地检测到。研究者还发现，经过基因鉴定的细胞类型的空间足迹因每种细胞类型而异，这些信息有助于确定存在哪些细胞及其独特的电活动。此外，研究人员还使用Neuropixels Ultra确定了小足迹细胞外峰值在不同脑区域和小鼠以外物种（包括电鱼、鬃狮蜥和猪尾猕猴）中的普遍性。

科学价值的平衡之道

研究者表示，根据实验室进行的实验类型，新旧探针之间存在一定的权衡关系；尽管新探针具有更小的站点尺寸和间距，但其开发者称其具有 前所未有的 分辨率；相比之下，旧探针则具有更大的垂直记录范围。尽管如此，研究人员指出，最近的发现凸显了增加站点密度的电生理探针在广泛神经科学应用中的优势。

研究者指出，Neuropixels Ultra能更精确地估计峰值（脑细胞电脉冲的迅速上升和突然下降）的空间位置，且能更好地将一个神经元的峰值与附近神经元的峰值分离开；这种空间精度有助于增加可分类的、对视觉有反应的神经元的产量，而且这样的测量也能帮助科学家更准确地解码和跟踪与视觉刺激相关的脑细胞表现。

未来，这项技术或有望帮助科学家们理解学习、记忆、决策乃至神经系统疾病的深层机制，从而为解开大脑奥秘提供关键的钥匙。（100yiyao.com）

参考文献：

Zhiwen Ye,Andrew M. Shelton，Jordan R. Shaker, et al. , Neuron (2025). DOI:10.1016/j.neuron.2025.08.030