机器人系统如何监控特定的神经元？

揭示神经元奥秘：机器人系统引领精准监控新纪元

在神经科学研究的前沿，窥探活着的神经元内部电信号是揭示神经元功能及它们与大脑网络互动的关键。然而，这项技术的执行难度极高，全球仅少数实验室能达成。麻省理工学院的工程师团队创新出一种突破，通过计算机算法驱动的机器人系统，将显微镜下的神经元监控自动化，为这项技术的广泛应用打开了大门。

这项革命性的技术将使得科学家们能够深入探索单个神经元的运作机制，以及它们如何与其他细胞协作，从而理解认知、感知和大脑功能的奥秘。同时，它也为理解脑部疾病如何影响神经回路提供了新的洞察途径。

麻省理工学院生物工程与脑与认知科学副教授Ed Boyden强调，这项技术“将使我们能够观察细胞内部的神经计算过程或疾病状态，这是基础与临床神经科学的核心”，他同时也是《神经元》杂志上刊载的这篇论文的高级作者，研究生Ho-Jun Suk是该论文的主要作者。

长期以来，神经科学家依赖膜片钳技术记录神经活动，但执行困难且局限于盲法或图像引导。麻省理工学院的团队在2016年研发了基于电阻抗测量的自动补丁技术，精确引导移液器至目标细胞。如今，他们进一步优化，将图像引导与阻抗数据结合，实现移液器对25微米范围内目标细胞的精确定位，提高了效率和准确性。

研究人员利用双光子显微镜成像技术，结合机器人自动化，已成功对中间神经元和锥体细胞等不同类型细胞进行目标记录，成功率高达20%，与人工操作相当。这项技术的应用前景广阔，例如，它将为阿尔茨海默病或精神分裂症等疾病的神经元研究提供新途径。

“通过监控特定神经元，我们能揭示它们在疾病中的表现，以及它们在大脑电路中的作用。”Boyden指出，这项技术不仅有助于理解大脑决策和记忆过程，还能促进神经科学基础问题的研究。

哈佛医学院神经生物学教授Bernardo Sabatini表示，他期待将这项技术引入实验室，解放学生，让他们能专注于实验设计和解释的深度，而非繁琐的操作任务。“机器人系统的介入无疑将提升实验效率，让我们更专注于科学研究的核心。”