哈佛大學研究人員成功開發出一個內含 4,096 個微孔電極陣列的互補金屬氧化半導體（CMOS）晶片，可記錄多個神經細胞的電氣活動。根據《自然》報導，透過這個晶片，研究團隊能描繪 2,000 個大鼠神經元，繪製神經元之間超過 7 萬個連接的圖像，該晶片還能測量每個連接之間的訊號強度，並描述這之間傳送的訊號類型。
這是神經元研究的一大進步，科學家可精確地繪製大腦內神經連結的每一個細節，雖然電子顯微鏡可以觀察這些突觸連接，但無法測量和記錄這些訊號。另一種技術「膜片鉗（patch-clamp）電極」雖然能讓研究人員精確記錄最微弱的神經訊號，但只能測量少量細胞，限制其在研究大量神經元時的有效程度。
新的 CMOS 晶片讓研究人員能研究相對大量的神經元之間的相互作用，進而理解這些神經元活動如何處理複雜的心智過程，例如思考和學習。研究人員表示，每個微孔如同一個膜片鉗電極，透過在單一晶片內加入超過 4,000 個這樣的陣列，能有效監控數以千計的神經元。
研究人員 Jun Wang 指出，與 2020 年開發的垂直奈米針電極技術相比，微孔電極不僅比更能與神經元內部耦合，製造過程更方便。
研究團隊利用 4,096 個微孔成功監測超過 3,600 個大鼠神經元，成功率接近 90%。在此基礎上，該團隊可記錄超過 70,000 個連接，比之前 300 個記錄多出 200 多倍。儘管如此，距離繪製人腦的神經元還有一段距離，人腦平均有 860 億個神經元，假設每個神經元平均有 35 個連結，我們的大腦至少有 30.1 億個突觸連結。
研究人員 Donhee Ham 指出，在成功實現大規模平行細胞內紀錄後，最大挑戰之一是如何分析大量的資料，「我們走過漫長道路，深入了解突觸連接。我們現在正朝著可部署在活體大腦中的更新設計努力」。
如果研究團隊成功做到這點，並繪製每個神經連接在活腦中的運作方式，未來有望用於 AI 訓練，甚至打造更高效 AI 晶片，或者作為心理健康研究，因為科學家可以了解突觸連接如何活動（或異常活動）、如何影響心靈感知。
- Mapping connections in a neuronal network
- Harvard team built a CMOS chip to map 70,000 synaptic connections between 2,000 rat neurons
（首圖來源：Harvard）
科技新報粉絲團
加入好友
訂閱免費電子報
