近距离接触和个人接触神经网络

我们的脑细胞或神经元如何利用电信号进行交流和协调，以实现更高的大脑功能，这是所有科学中最大的问题之一。

几十年来，研究人员一直使用电极来监测和记录这些信号。贴片电极是一种在细玻璃管中的电极，它在20世纪70年代以其穿透神经元并记录来自细胞内部的安静但强大的突触信号的能力彻底改变了神经生物学。但是这个工具缺乏记录神经网络的能力。它只能并行测量10个单位。

现在，哈佛大学的研究人员开发了一种电子芯片，可以同时对成千上万个相连的神经元进行高灵敏度的细胞内记录。这一突破使他们能够以前所未有的高度绘制突触连接，从而识别出数百个突触连接。

“我们结合了敏感性和并行性，这对基础生物学和应用神经生物学都有好处，包括功能性连接体构建和高通量电生理筛选，”马克海曼Jr的化学和物理学教授、该书的共同高级作者朴宏坤说。纸。

戈登麦凯的应用教授唐希哈姆(Donhee Ham)说，“通过细胞内记录的并行化实现的生物突触网络的映射，已经流行了很长时间，也可以为机器智能构建下一代人工神经网络和神经形态学处理器提供新的策略。”约翰保尔森工程与应用科学学院(SEAS)，主修物理和电气工程，也是这篇论文的共同高级作者。

这项研究在《自然生物医学工程》中有描述。

研究人员使用与计算机微处理器相同的制造技术开发了电子芯片。该芯片在其表面上具有密集排列的垂直竖立的纳米级电极，这些电极由以下高精度集成电路操作。每个纳米电极都涂有铂粉，具有粗糙的表面纹理，从而提高了传输信号的能力。

神经元直接在芯片上培养。集成电路通过纳米电极向每个耦合的神经元发送电流，以便在其膜上开孔，从而形成细胞内通路。同时，同一集成电路还放大纳米电极通过孔从神经元拾取的电压信号。

“通过这种方式，我们将细胞内记录的高灵敏度与现代电子芯片的并行性结合起来，”该论文的第一作者、化学和化学生物学及SEAS博士后研究员Jeffrey Abbott说。

在实验中，该阵列记录了细胞中超过1700个大鼠神经元。短短20分钟的记录让研究人员对神经网络有了前所未有的了解，并让他们画出了300多个突触连接。

“我们还使用这种高通量、高精度的芯片来测量药物对大鼠神经网络中突触连接的影响。现在我们正在开发一种晶圆级系统，用于神经系统疾病(如精神分裂症)、帕金森病、自闭症、阿尔茨海默病和成瘾的高通量药物筛选。”

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