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。

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。

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。

“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。”

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。

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。

“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。”

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。