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自动插接技术，一探神经元究竟
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时间:2015-01-20 12:44 来源:环球科学（huanqiukexue.com） 作者:Amy Robinson 神经科学的研究正由宏观转为微观。从膜片钳到自动插接，科学家正努力实现对大脑的研究的突破。 无论是行走、说话或是思索宇宙奥义，你脑中至少有数以百亿计的神经元突触将随时被激活。 麻省理工的神经学家ED Boyden说：“若想了解自己，困难在于要先了解我们的大脑是如何生成思想的，以及我们的思想是如何造就自己的。” 一立方毫米的大脑组织中包含了超过100，000个神经元，它们通过十亿个神经元突触之间毫秒级的计算进行相互连接。为了了解信息如何在这些循环通路中流动，我们首先需要含有神经元及神经胶质的“大脑部位”的清单。但是光有这样的清单是不够的。我们还需要绘制这些细胞的连接方式，以及通过电和化学的手段监控其一段时间内的活动。 研究人员能够在小范围内做到这一点，这要归功于20世纪70年代的一项技术——膜片钳技术。将一枚小玻璃针尽量贴近大脑中的一个神经元，这样研究人员就能够为一个单独的神经元进行显微手术，并通过刺穿细胞膜来记录通过这个神经元毫伏级的电脉冲。膜片钳也能够帮助人们测量细胞中的蛋白质含量，通过揭示分子特征来解释为什么某个神经元会与其他细胞有着截然不同的表现。神经学家甚至能向其中注射发光的染液来观察细胞形态。膜片钳已为神经科学领域服务了40年，但为何如今会作为一项新的神经科学技术出现在我们面前呢？ 答案就是：机器人。Boyden设计机器人来完成这些令人惊喜的工作。这并非普通的机器人，它服务于神经元，也就是那些大小为铅笔尖几百分之一的东西。当前，这个机器人能够“自动插接”到细胞中。Boyden计划制造大型的并联机器人，让它们为神经元做显微手术，同时揭示这些神经的形状和功能。将来，我们会获得越来越多的记录。 迄今为止，很少有实验记录两个连接细胞之间的关系，以解释一个神经元怎样通过生物电的方式影响另一个神经元，这一定程度上是由于监控单细胞是一项“艰巨”的任务。但是自动插接技术的出现改变了现状，也有望在药理学应用上发挥作用。自动插接技术已经开始用来揭示相对于培养皿中细胞，不同药物会如何影响体内不同的细胞类型，且表现得如此不同。在理想条件下，我们最终可以检验药物对正常情况下和特定行为动物整个大脑的影响。 如今，通过人与机器的配合，神经科学的未来将比我们想象的更加光明。 编者按：这是《新兴脑科学》系列的第三部分。当我们探究神经科学如何改变我们所理解的大脑时，我们参加了麻省理工的一个12名博士生的试点班。该系列的每篇文章都与麻省理工神经生物学工程研究中心的演讲与实验过程相符合。该实验得到了MITx 的支持，并通过EyeWire进行建模。下周同一时间，我们将利用藻类中发现的一个蛋白探索基因工程神经元如何帮助研究者对激活行为和功能性进行匹配。 作者简介：Amy Robinson 是EyeWire的创意编辑，EyeWire是麻省理工和普林斯顿两所大学所研发的一款绘制大脑神经细胞图的游戏。全世界有15万人参与了EyeWire项目。同时，研究者为我们解释了视觉的奥秘。Amy长期在TED演讲，并服务于TEDx音乐计划（从世界上的TEDx活动中收集最好的现场音乐）。请关注她的推特 @amyleerobinson. 本文仅代表作者个人观点，不代表《科学美国人》的观点。(翻译：邵楠 审校：林清 弥生） 原文链接： http://blogs.scientificamerican. ... -with-autopatching/ 转载声明：本文来自环球科学（huanqiukexue.com），转载请注明出处。  用膜片钳监控神经元的活动 图片来源：麻省理工学院Ed Boyden实验室 |
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