科学家用探针监听人类大脑

在伦敦一家医院的手术室里，科学家正在尝试直接“监听”人类大脑。 英国伦敦国家神经病学与神经外科医院的一名女性患者因正常压力脑积水接受分流手术。 手术过程中，她同意参与一项特殊实验：医生将一根长度约1厘米、比头发丝还细的Neuropixels探针短暂插入大脑，实时记录神经元的电信号。 研究人员随后向患者播放一系列词语，包括“blind spot”（盲点）、“parking spot”（停车位）和“piggy bank”（存钱罐），观察大脑如何处理不同词语之间的转换，以及词语出现频率和熟悉程度如何影响神经活动。

随着声音在手术室响起，监测屏幕上的神经信号波形出现明显变化。 这意味着，研究人员已经能够通过探针捕捉人脑对外界语言刺激的实时反应。 过去，科学家虽然能够利用脑电图或植入式电极监测人类大脑活动，但往往只能获得大量神经元共同产生的信号，很难分辨单个神经元究竟在做什么。 法国巴黎罗斯柴尔德基金会医院神经外科医生Pierre Bourdillon用一个生动的比喻解释这项技术的突破。 传统脑电监测就像在繁忙的十字路口放置一个麦克风，试图从混杂的声音中分辨每个人的对话。

而Neuropixels则更接近于给每个人的衣领上分别安装麦克风，从而听清不同个体的声音。 “我们才刚刚开始达到能够为每个人配备独立麦克风的水平。 ”他说。 这项技术的关键突破，在于让科学家能够同时观察大量单个神经元的活动。 Neuropixels最早于2017年推出，由美国霍华德·休斯医学研究所珍利亚研究园区与比利时微电子研究中心（Imec）等机构合作开发。 第一代Neuropixels探针拥有960个记录位点，其中384个可以同时读取信号。

其硅制探针主体细如发丝，连接着一块大小接近Nano SIM卡的芯片，负责读取、放大和数字化神经信号。 在早期动物实验中，科学家将两根探针植入小鼠大脑，成功同时记录了分布在5个脑区的约700个神经元。 2021年推出的Neuropixels 2.0进一步提升了记录能力，拥有5120个记录位点，其中1536个可以同时读取，设备也变得更加轻巧。 借助新一代技术，科学家已经能够在小鼠大脑中同时记录数以万计的神经元，并在部分实验中持续追踪数月。

这意味着，研究人员不再只能观察大脑某个局部区域的活动，而是能够研究不同脑区之间如何协同工作。 2025年，一项国际合作研究取得了更大规模的成果。 来自美国和欧洲的12个实验室联合开展研究，利用Neuropixels技术记录了139只小鼠、279个脑区中超过62万个神经元的活动，绘制出涉及视觉、运动和决策等功能的全脑神经活动图谱。 研究发现，与感觉、认知和运动有关的神经信号，在大脑中的分布可能比此前认为的更加广泛。 这为科学家重新理解大脑的信息处理机制提供了重要依据。

如今，Neuropixels已被全球约1700个实验室采用，研究对象覆盖20多种动物，包括小鼠、斑胸草雀、鬃狮蜥，甚至章鱼。 在灵长类动物研究中，这项技术同样带来了明显变化。 斯坦福大学神经科学家Tirin Moore表示，在Neuropixels出现之前，研究人员即使实验进展顺利，一天通常也只能记录约20多个灵长类动物神经元的活动。 如今，他们已经能够常规记录至少100个神经元。 Moore认为，如果没有这类工具，灵长类动物神经科学研究仍将受到严重限制。

目前，斯坦福大学研究团队计划利用Neuropixels绘制猕猴视觉系统的高分辨率神经活动图谱，以进一步理解大脑如何处理视觉信息。 值得注意的是，Neuropixels与面向脑机接口应用的植入设备并不完全相同。 其当前主要用途是基础神经科学研究，通过记录神经元活动，帮助科学家理解感觉、运动、认知和决策等过程。 虽然相关研究可能为未来脑机接口技术和神经系统疾病研究提供基础，但这并不意味着Neuropixels已经具备成熟的临床治疗能力。

《自然》指出，Neuropixels正在推动神经科学进入一个新的阶段：科学家不仅能够观察大脑不同区域是否活跃，还可以进一步研究单个神经元如何参与复杂的信息处理。 从小鼠到灵长类动物，再到人类手术室，这根细如发丝的探针，正在帮助科学家以更高的精度探索人类大脑的工作机制。