本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
無論您是在走路、說話還是思考宇宙，您的大腦中每秒至少有數百億個突觸在放電。
“瞭解我們自己的薄弱環節實際上是關於瞭解我們的大腦如何產生我們的思想，以及我們的思想如何產生我們自己，”麻省理工學院神經科學家艾德·博伊登說。
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大腦中一立方毫米的空間包含超過 100,000 個神經元，它們透過 10 億個突觸連線，以毫秒級的時間尺度進行計算。為了瞭解資訊如何在這些迴路中流動，我們首先需要一份神經元和神經膠質細胞的“大腦組成部分”列表。但僅僅有這樣的列表是不夠的。我們還需要繪製細胞的連線方式，並以電學和化學方式監測它們隨時間的活動。
研究人員可以藉助 20 世紀 70 年代開發的一項名為膜片鉗的技術在小規模範圍內做到這一點。將一根微小的玻璃針非常靠近大腦中存活的神經元，研究人員就可以對單個神經元進行顯微手術，刺穿細胞膜，以進行諸如記錄流經細胞的毫伏級電脈衝等操作。膜片鉗還有助於測量細胞內包含的蛋白質，從而揭示特徵分子，並有助於我們理解為什麼一個神經元的行為可能與其他神經元不同。神經科學家甚至可以注射發光染料，以便觀察細胞的形狀。膜片鉗技術在神經科學領域已經使用了 40 年。為什麼現在它會以一種新的神經科學技術出現呢？
用一個詞來說：機器人。博伊登設計了一臺機器來完成這項微小的工作。這不是普通的機器人。它與神經元一起工作，這些物體如此之小，以至於數百個才能放在鉛筆尖上。目前，該機器人可以“自動膜片鉗”單個細胞。博伊登計劃建造一個大規模並行的機器人，它可以對許多神經元進行顯微手術，並揭示它們的形狀、形態和功能。在未來，我們將能夠記錄數十個，甚至在未來記錄數百個。
迄今為止，很少有實驗記錄下兩個連線的細胞，以破譯一個細胞中的電計算如何影響另一個細胞，部分原因是隨著時間的推移監測單個細胞是一項具有諷刺意味的艱鉅任務。但這要感謝自動膜片鉗技術，它也在藥理學應用方面很有前景。它已經開始揭示各種藥物如何影響體內不同的細胞型別，而不是培養皿中的細胞，後者的行為非常不同。理想情況下，我們最終將能夠檢查藥物對清醒且行為動物的整體大腦影響。
感謝人與機器之間現代的協同作用，神經科學的未來可能會比我們想象的更早到來。
編者注：這是關於新興神經技術系列文章的第三部分。加入麻省理工學院的 12 名博士生的先導課程，我們將探索神經科學如何徹底改變我們對大腦的理解。每篇文章都與麻省理工學院神經生物工程中心建立的講座和實驗室參觀相對應。此實驗由MITx支援並由EyeWire建立。下週請繼續關注我們如何探索利用藻類中發現的蛋白質對神經元進行基因工程，幫助研究人員將放電活動與功能匹配起來。