我们的大脑细胞或神经元如何使用电信号进行交流并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。

数十年来，研究人员一直使用电极监听并记录这些信号。膜片钳电极是一根细玻璃管中的电极，在1970年代以其穿透神经元并记录来自细胞内部的安静但有力的突触信号的能力，彻底改变了神经生物学。但是这种工具缺乏记录神经网络的能力。它只能并行测量10个单元。

现在，哈佛大学的研究人员开发了一种电子芯片，可以同时从数千个连接的神经元中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映射突触连接，从而识别出数百个突触连接。

“我们结合了敏感性和并行性，可以使基础生物学和应用神经生物学都受益，包括功能性连接体构建和高通量电生理筛查，” Mark Hyman Jr.化学教授，物理学教授，该书的共同资深作者Park Hongkun说。纸。

Gordon McKay的应用教授Donhee Ham说：“通过这种长期以来广受欢迎的细胞内记录并行化实现的生物突触网络映射，也可以为机器智能提供新的策略，以构建下一代人工神经网络和神经形态处理器。”约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的物理与电气工程专业，也是该论文的共同资深作者。

这项研究在《自然生物医学工程》中有所描述。

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站立的纳米级电极，这些电极由下面的高精度集成电路操作。每个纳米电极都涂有铂金粉，具有粗糙的表面纹理，从而提高了其传递信号的能力。

神经元直接培养在芯片上。集成电路通过纳米电极向每个耦合的神经元发送电流，以在其膜上开小孔，从而形成细胞内通路。同时，同一集成电路还放大了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在一起，”该论文的第一作者，化学与化学生物学和SEAS博士后研究员Jeffrey Abbott说。

在实验中，该阵列在细胞内记录了1,700多个大鼠神经元。仅仅20分钟的录音就使研究人员前所未有地了解了神经元网络，并允许他们绘制300多个突触连接。

“我们还使用了这种高通量，高精度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，用于高通量药物筛查神经系统疾病(例如精神分裂症) ，帕金森氏症，自闭症，阿尔茨海默氏病和成瘾症。”