Neuropixels探针能同时记录成百上千个神经元的电活动，改变了科学家研究大脑的方式。如今，这项技术正从动物实验走向人类脑部手术，为理解语言、感知和决策机制提供前所未有的高分辨率数据。
在伦敦一家医院的手术室里，神经外科医生Ahmed Toma正在一名女性患者的颅骨上钻孔。除了常规手术，他还将一根长约1厘米、比人类头发更细的探针短暂插入患者大脑。这种名为Neuropixels的设备，可以同时记录数百个神经元的电活动。
研究人员播放不同的词语，观察大脑如何处理声音、熟悉度及刺激之间的转换。监视器上不断变化的电信号，揭示了神经元对这些词语的实时反应。
自2017年问世以来，Neuropixels已经彻底改变了动物神经科学研究。过去，研究人员通常只能同时记录几十个神经元，如今则可以同时监测数百、数千乃至数万个神经元。
从几十个神经元到数十万个
传统脑电记录设备存在明显局限。脑表面电极难以分辨单个神经元的活动，而经典的Utah电极阵列只有96个记录通道。
Neuropixels 1.0采用先进的硅芯片技术，在一根极细的探针上集成960个记录位点，其中384个可以同时读取。2017年的实验表明，研究人员仅用两根探针，就能同时记录小鼠5个脑区约700个神经元的活动。
2021年推出的Neuropixels 2.0进一步实现小型化，拥有5120个记录位点，其中1536个可以同时读取。
2025年，国际脑实验室(International Brain Laboratory)联合欧美12家实验室，从139只小鼠的279个脑区记录了超过62万个神经元的数据，绘制出覆盖大脑多个区域的神经活动图谱。
这些研究发现，与感觉、认知和运动相关的信号，在大脑中的分布比过去认为的更加广泛。科学家还可以分析神经元群体独特的活动模式，研究大脑如何编码信息。
从动物实验走向人类大脑
目前，全球约1700家实验室已在20多种动物身上使用Neuropixels，包括斑胸草雀、鬃狮蜥和章鱼。
针对灵长类动物，研究人员开发了长达4厘米的Neuropixels 1.0 NHP探针，可以穿透较厚的脑膜，记录更深层的神经活动。过去，研究人员即使实验顺利，通常也只能同时记录约20个神经元，现在则能常规记录至少100个。
2022年，美国麻省总医院和加州大学旧金山分校的研究团队分别报告，成功在人体脑部手术中使用Neuropixels。
这些记录提供了前所未有的高分辨率人脑数据。研究人员正在利用它分析语言理解和表达背后的神经编码，甚至尝试辨认与辅音、元音相关的神经信号。
不过，人体应用仍面临挑战。人脑会随着心跳明显搏动，手术设备产生的电噪声也会干扰微弱信号。此外，探针断裂虽然罕见，却是重要的安全风险。目前人体实验主要限于手术期间的短暂记录，不适合长期植入。
下一代探针的目标
研究团队正在开发Neuropixels 3.0，希望能够同时记录啮齿动物的1万至2万个神经元，以及非人灵长类动物的3万至5万个神经元。
未来，他们还计划将这项技术与立体定向脑电图结合，并开发既能记录神经活动、又能刺激大脑的双向探针。
伦敦研究团队则准备在接受丘脑毁损术的清醒患者身上开展实验，以观察人类思考和行动时，大规模神经元群体的实时活动。
研究人员认为，这项技术最重要的意义，不只是记录更多神经元，而是让科学家第一次有机会以单细胞精度，观察不同脑区如何协同完成复杂任务。
原文：https://www.nature.com/articles/d41586-026-03511-3