人类能同时记录100万个神经元了科学家

出品：放牛班的秘密花园

来源：Medium

编译：Sail

责任编辑：Sunnisky

诺丁汉大学的神经学家MarkHumphries用妙趣横生的对话方式，为我们科普了神经学领域的重大科技进步，顺便为其新书《神经脉冲：一个历时2.1秒、贯穿整个大脑的史诗性旅程》（Spike:AnEpicJourneyThroughTheBrainin2.1秒）做了个宣传。

听说了吗？洛克菲勒大学的科学家刚刚宣布，他们能同时记录老鼠大脑皮层中的万个神经元的神经活动！

哇，一百万！很多吧？

就在两年前，我们对能记录老鼠大脑中的1万个神经元都感到欣喜若狂。迄今为止的最高记录是斑马鱼宝宝大脑中的数万个神经元。

所以这是个巨大的飞跃！顺便提一句，为什么是斑马鱼宝宝？

因为它们有透明的脑袋。你能透过皮肤看到它们的大脑，这使给它们的大脑拍照更容易。

啊，太棒了，我还在想要不要拍热带鱼呢。万个神经元听起来进步相当大啊。

你不知道的另一半故事：老鼠的大脑皮层总共有大约0万个神经元，这只是记录了整个大脑皮层的百分之十，仅仅是百分之十。

老天，我们从0.1%一下子跳到了10%！人类的聪明才智就是不停地创造奇迹。在理解大脑上我们期待获得什么启示？现在我们能看到万个神经元彼此发送的信息，或者说神经脉冲？

嗯，这是钙离子成像，我们并不能看到神经元相互之间发送了什么。

等一下，你说什么？

我们记录成千上万个神经元采用的都是钙成像技术：我们在神经元中放入一种根据钙离子浓度发出荧光的化学物质，对大脑进行“拍照”，记录每个神经元发出的光量。于是我们就能知道每个神经元中钙离子的波动情况。

这为什么有用呢？

啊，因为神经元体内的钙含量与其活跃程度成正比：它发出的神经脉冲越多，钙含量就越高。

哦，我明白了，所以通过钙成像我们就能知道神经元在发送神经脉冲，只是不知道发送的数量。

完全正确。当然，当它只发送一两个神经脉冲时可能有点难以区分，所以最好是一次发送大量神经脉冲。

许多神经元都会这么做吗？

不会。

嗯。所以你实际上告诉我的是，我们从万个神经元那里得到的东西与神经脉冲成一定比例，但事实上并不成正比，它充满了噪音。如果我想要神经脉冲，那么我能同时记录多少个神经元？

现有的最高纪录是1千个神经元左右，采用的是电极。仅凭这我们并不知道是哪些神经元发出了这些神经脉冲。通过钙成像我们可以直接观察神经元，就能知道哪些神经元是活跃的。

生活充满了妥协，很高兴知道神经科学也不例外。尽管如此，从万个神经元中完整读出神经活动的变化，还是很了不起的。

呃，还不是很完美。对万个神经元的成像只能以每秒两个样本的速度完成。

但一些大脑皮层神经元每秒会激发数十次神经脉冲！况且大量神经元不都是通过精确定时的神经脉冲来发送信息的吗？这不是有点难办吗？

是的。就像你说的，生活充满了妥协。

好吧，那么我们从记录万个神经元中学到了什么呢？

事实上，还没有学到什么。洛克菲勒团队的论文专注在其中约20万个神经元的记录上。

哦。为什么？

或许是因为分析万个神经元有点困难。正如他们在论文中诙谐地指出的，“由于数据量巨大，很难以全分辨率同时显示所有，个神经元的时间序列”。

没错。那从记录万神经元中我们能学到什么？

通过记录万个神经元，我们能明白一件了不起的事情，那就是大脑的两个半球是怎样进行合作的。

你是说大脑的两个半球？你无法从大多数记录神经元的研究中知道这一点。

嗯，某种程度上是这样。这是因为当我们一次只能记录少量神经元时，要把大脑的一个半球和另一个半球联系起来就有点棘手了。

但是能记录万个神经元，我们就能同时看到两个半球了吗？

一点不错。这样我们就能了解两个半球的神经元的同步情况，甚至能知道两个半球彼此说了些什么。

真酷！万个神经元的突破会改变其它什么游戏规则吗?

会，比如fMRI（功能性磁共振成像）。

再说一遍好吗？

我们也许能搞清楚fMRI到底能告诉我们哪些关于神经元的事情。fMRI图像中的每个彩色小点都是一个包含大约10万以上神经元的立方体。颜色的密度显示了有多少额外的富氧血液在这些神经元周围流动。

所以它不是在测量神经活动？

不是，它测量的是需氧量，我们认为这意味着需要氧气的神经元想使用更多能量，而它们想使用更多能量，是因为它们更活跃。

所以我们真的不知道fMRI测量的需氧量与每个小点上的许多神经元的实际输出有什么关系？

的确如此。但万个神经元相当于fMRI的规模。所以你可以想象一个实验，同样的动物完成同样枯燥的任务，用fMRI和这万个神经元的成像来记录它的大脑。

然后我们就能比较相同大脑区域的活动，看看是否有联系？

没错。

我明白了！这听起来确实很酷，或许有一天我们能记录大脑中的所有神经元呢！

这一点我们已经做到了。

然后是啥情况？

没有人注意到。

真尴尬。

你必须把它看作是旅程的开始，而不是终点。一旦技术准备就绪，真正的科学就开始了。一次记录万神经元是一段科学之旅的开始，记录大脑的所有神经元也是如此。

继续说，我们完整记录了谁的大脑？

水螅。

水螅？那个长着海洋生物的触手和蠕动的透明管状身体、仿佛能永生的家伙？

正是此君。

你知道严格来说它没有大脑吧？

我能告诉你什么呢？生活充满了妥协。

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