獲得了解活體大腦神經(jīng)元內(nèi)部運作機制的途徑可為我們提供大量有用的信息：它的電活動模式，甚至在某個指定時刻基因的開關(guān)圖譜。然而達到這一目標(biāo)卻是一個極其艱苦的任務(wù)，它被認(rèn)為是掌握一門藝術(shù)；由于非常難于學(xué)習(xí)當(dāng)前世界上只有少數(shù)實驗室能夠?qū)ζ溥M行實踐操作。

然而這一情況將很快會得到改變：來自麻省理工學(xué)院和佐治亞理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種新方法實現(xiàn)了在活體大腦中自動化尋找和記錄來自神經(jīng)元的信息。研究人員利用單細胞檢測計算機運算控制單個機器手臂，以相比人類試驗操作人員更高的精確度和速度鑒別和記錄下了活體小鼠大腦中的神經(jīng)元。相關(guān)論文發(fā)布在5月6日的《自然方法》（Nature Methods）雜志上。

新的自動化程序無需數(shù)月的培訓(xùn)，提供了長期以來尋求的關(guān)于活細胞活動的信息。利用這一技術(shù)，科學(xué)家們能夠鑒別出大腦中數(shù)千種不同的細胞類型，繪制出它們相互聯(lián)系的圖譜，并找出疾病細胞與正常細胞的差異。

這一項目是由麻省理工學(xué)院生物工程學(xué)和大腦與認(rèn)知科學(xué)副教授Ed Boyden與佐治亞理工學(xué)院機械工程學(xué)院助理教授Craig Forest協(xié)作完成。

“我們的研究團隊從開始就一直從事跨學(xué)科研究，這使得我們能夠?qū)⒕軝C械設(shè)計的原理帶到活體大腦研究中，”Forest說。他的研究生Suhasa Kodandaramaiah是文章的主要作者，作為訪問學(xué)者已在麻省理工學(xué)院開展了兩年的研究工作。

這一技術(shù)尤其適用于研究諸如精神分裂癥、帕金森氏癥、自閉癥和癲癇等大腦疾病。Boyden說：“在所有這些情況下，對單個細胞的電及回路特征進行分子描述……一直難以實現(xiàn)。如果我們真的能夠描述活體大腦特異細胞中疾病改變分子的機制，就有可能發(fā)現(xiàn)更好的藥物靶點?！?/SPAN>

Kodandaramaiah、Boyden 和 Forest著手于研究讓一種已有30年歷史的技術(shù)——全細胞膜片鉗（whole-cell patch clamping）自動化。全細胞膜片鉗技術(shù)是通過將一個微小的空心玻璃吸管與神經(jīng)元細胞膜接觸，然后打開細胞膜上一個小孔來記錄細胞中電活動的方法。通常一個研究生或博士后需要數(shù)月的時間才能學(xué)習(xí)掌握這項技術(shù)。

Kodandaramaiah花了大約四個月的時間學(xué)習(xí)手動膜片鉗技術(shù)，這讓他認(rèn)識到這一技術(shù)非常難以掌握。“當(dāng)我相當(dāng)出色地掌握了這一技術(shù)時，我感到雖然它是一種藝術(shù)形式，也可將其變?yōu)橐惶锥ㄐ腿蝿?wù)，并通過機器人執(zhí)行決策?！?/SPAN>

為此，Kodandaramaiah和他的同事們構(gòu)建了一個機器手臂，可以微米精確度將一個玻璃吸管置入麻醉小鼠大腦。隨著移動，吸管監(jiān)測了細胞的電阻抗性——測量電流出吸管的難度。如果周圍沒有細胞，電流動且阻抗低。一旦吸管尖頭接觸到細胞，電流將無法流動，阻抗會升高。