IT之家 2 月 17 日消息，哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）芯片，該芯片內(nèi)置了 4096 個(gè)微孔電極陣列，能夠記錄多個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的電活動(dòng)。據(jù)《自然》雜志報(bào)道，借助這一芯片，研究團(tuán)隊(duì)成功繪制了 2000 個(gè)大鼠神經(jīng)元的圖譜，并映射出超過 7 萬個(gè)神經(jīng)元之間的連接。該芯片不僅可以測(cè)量每個(gè)連接的信號(hào)強(qiáng)度，還能識(shí)別信號(hào)類型。
這一成果在神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域具有里程碑意義，它使得科學(xué)家能夠精確地繪制大腦內(nèi)神經(jīng)連接的每一個(gè)細(xì)節(jié)。目前，電子顯微鏡雖然能夠可視化突觸連接，但無法測(cè)量和記錄信號(hào)的傳輸。而另一種技術(shù) —— 膜片鉗電極（patch-clamp electrode）雖然能夠精確記錄微弱的神經(jīng)信號(hào)，但僅能測(cè)量少量細(xì)胞，限制了其在大規(guī)模神經(jīng)元研究中的應(yīng)用。
據(jù)IT之家了解，新型 CMOS 芯片的出現(xiàn)，讓研究人員能夠研究大量神經(jīng)元之間的相互作用，從而理解這些活動(dòng)如何導(dǎo)致復(fù)雜的思維過程，如思考和學(xué)習(xí)。研究人員表示，每個(gè)微孔電極類似于一個(gè)膜片鉗電極，通過在單個(gè)芯片中集成超過 4000 個(gè)這樣的陣列，他們能夠有效監(jiān)測(cè)數(shù)千個(gè)神經(jīng)元。
“與 2020 年開發(fā)的垂直納米針電極技術(shù)相比，微孔電極不僅能夠更好地與神經(jīng)元內(nèi)部耦合，而且制造過程更為簡(jiǎn)便?！毖芯咳藛T王軍（Jun Wang，音譯）表示，“這種易用性是我們研究的另一個(gè)重要特點(diǎn)?！?/p>
研究團(tuán)隊(duì)利用 4096 個(gè)微孔成功監(jiān)測(cè)了超過 3600 個(gè)大鼠神經(jīng)元，成功率達(dá)到近 90%。在此基礎(chǔ)上，他們記錄了超過 7 萬個(gè)連接，這一數(shù)字是此前 300 個(gè)連接記錄的 200 多倍。
盡管取得了如此顯著的進(jìn)展，但距離繪制人腦圖譜還有很長(zhǎng)的路要走。人類大腦平均擁有 860 億個(gè)神經(jīng)元，假設(shè)每個(gè)神經(jīng)元平均有 35 個(gè)連接，這意味著我們的大腦中至少有 30.1 億個(gè)突觸連接。
“在成功實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并行細(xì)胞內(nèi)記錄后，最大的挑戰(zhàn)是如何分析海量的數(shù)據(jù)?！毖芯咳藛T韓東赫（Donhee Ham）表示，“我們已經(jīng)在這方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，從這些數(shù)據(jù)中獲得了關(guān)于突觸連接的深刻見解。目前，我們正在致力于開發(fā)一種可用于活體大腦的新設(shè)計(jì)?！?/p>
如果該團(tuán)隊(duì)能夠在活體大腦中成功實(shí)現(xiàn)神經(jīng)連接的映射，這一成果將為多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步提供可能。例如，它可用于人工智能訓(xùn)練，甚至用于開發(fā)更高效的 AI 芯片，從而在不消耗大量電力的情況下實(shí)現(xiàn)巨大的計(jì)算能力。此外，這一技術(shù)還可應(yīng)用于心理健康研究，幫助科學(xué)家理解突觸連接的活動(dòng)（或異常活動(dòng)）如何影響大腦的感知。
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