哈佛大学研发新型 CMOS 芯片,成功绘制 2000 个大鼠神经元图谱

本站 2 月 17 日消息,哈佛大学的研究团队成功开发出一种互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片,该芯片内置了 4096 个微孔电极阵列,能够记录多个神经细胞的电活动。据《自然》杂志报道,借助这一芯片,研究团队成功绘制了 2000 个大鼠神经元的图谱,并映射出超过 7 万个神经元之间的连接。该芯片不仅可以测量每个连接的信号强度,还能识别信号类型。TBH热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

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这一成果在神经科学研究领域具有里程碑意义,它使得科学家能够精确地绘制大脑内神经连接的每一个细节。目前,电子显微镜虽然能够可视化突触连接,但无法测量和记录信号的传输。而另一种技术 —— 膜片钳电极(patch-clamp electrode)虽然能够精确记录微弱的神经信号,但仅能测量少量细胞,限制了其在大规模神经元研究中的应用。TBH热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

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据本站了解,新型 CMOS 芯片的出现,让研究人员能够研究大量神经元之间的相互作用,从而理解这些活动如何导致复杂的思维过程,如思考和学习。研究人员表示,每个微孔电极类似于一个膜片钳电极,通过在单个芯片中集成超过 4000 个这样的阵列,他们能够有效监测数千个神经元。TBH热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

“与 2020 年开发的垂直纳米针电极技术相比,微孔电极不仅能够更好地与神经元内部耦合,而且制造过程更为简便。”研究人员王军(Jun Wang,音译)表示,“这种易用性是我们研究的另一个重要特点。”TBH热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

研究团队利用 4096 个微孔成功监测了超过 3600 个大鼠神经元,成功率达到近 90%。在此基础上,他们记录了超过 7 万个连接,这一数字是此前 300 个连接记录的 200 多倍。TBH热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

尽管取得了如此显著的进展,但距离绘制人脑图谱还有很长的路要走。人类大脑平均拥有 860 亿个神经元,假设每个神经元平均有 35 个连接,这意味着我们的大脑中至少有 30.1 亿个突触连接。TBH热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

“在成功实现大规模并行细胞内记录后,最大的挑战是如何分析海量的数据。”研究人员韩东赫(Donhee Ham)表示,“我们已经在这方面取得了长足的进步,从这些数据中获得了关于突触连接的深刻见解。目前,我们正在致力于开发一种可用于活体大脑的新设计。”TBH热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

如果该团队能够在活体大脑中成功实现神经连接的映射,这一成果将为多项技术进步提供可能。例如,它可用于人工智能训练,甚至用于开发更高效的 AI 芯片,从而在不消耗大量电力的情况下实现巨大的计算能力。此外,这一技术还可应用于心理健康研究,帮助科学家理解突触连接的活动(或异常活动)如何影响大脑的感知。TBH热门主流游戏攻略_实用技巧_经验分享

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