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你腦袋里有一個——860億個交換機組成的復雜網絡！
重量為2斤半，耗電量僅為20W，相當于一個電燈泡的耗能。
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但是，它卻創(chuàng)造了生物電子學的無限奇跡！
大腦是一個電子器官？
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腦研究的核心是應用傳感器技術。
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無論是我們熟悉的頭皮電極、核磁共振成像，還是新開創(chuàng)的植入芯片等方法，都在試圖探索這個神秘的器官。
最近，比利時納米數字研究機構Imec開創(chuàng)了Neuropixels探測器，即建立一種新的探針，以神經元水平觀察活體大腦。
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光是第一代Neuropixels探測器，就已向全球交付約650個實驗室使用。與此同時，Imec還創(chuàng)建了OpenScope共享大腦天文臺，向世界各地大腦研究者提供開源數據。
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這是一個全球共享的神經科學研究設施，相當于歐洲核子研究中心用于共享高能物理研究的粒子加速器。
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神經像素，這是一種觀察大腦活動的全新技術。它的功能類似于成像，不過，它記錄的是電場而不是光場。
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合作始于2010年，工程師Barun Dutta（巴倫·杜塔）與神經科學家Timothy D. Harris（蒂莫西·哈里斯）之間的對話。
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杜塔任職于Imec，他使用了最先進的半導體制造設備；哈里斯工作于HHMI（霍華德·休斯醫(yī)學院），他是資深的神經科學家。
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杜塔將他的半導體知識帶到神經科學領域
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「我們需要在一個自由活動的動物體內，對其局部神經回路，記錄每個神經元的尖峰。」哈里斯說。
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由杜塔和哈里斯領銜，組建了一支多學科交叉背景的研究團隊，包括工程師、神經科學家、軟件設計師等人員。
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科學家們展開探索，如何利用先進的微電子學發(fā)明一種新的傳感器，同時監(jiān)聽任何一小部分腦組織中、成千上萬個神經元之間的電流對話。
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科學家發(fā)明的這個系統(tǒng)被命名為Neuropixels，「把我們想象成神經科學領域的英特爾」杜塔說，「我們提供芯片，然后世界各地的實驗室用它們編寫代碼、做實驗」。
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要建造一個數字探針，時間足夠長，可以到達大腦器官的任何部分，但又足夠細小，在進入的過程中不會破壞脆弱的組織，這并不容易。
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事實上，大腦的彈性和酸奶一樣。
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因此，科學家既要保持筆直地插入，又能在晃動的大腦內讓它彎曲，從而長期存在也不至于損壞鄰近腦細胞。
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當大腦引導身體完成復雜的行為時，探測器需要足夠持久，才能保持原位并可靠地記錄數周甚至數月。
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Neuropixels將神經科學推向一個更高階段，為癲癇和帕金森等腦部疾病提供更好的治療，也為未來的腦機接口鋪平了道路。
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時間回到上個世紀50年代，研究人員使用了一種原始的電子傳感器，來識別帕金森病患的神經元失活。
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經過了70年的發(fā)展歷程，隨著微電子學革命，大腦探針的所有部件都已經微型化，大腦電子傳感技術取得了長足的進步。
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2021年，該系統(tǒng)升級為2.0版本。相比4年前的初始版本，增加了一個數量級的傳感器數量。
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現在，3.0版本已經處于早期開發(fā)階段。
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科學家相信，神經像素將按照摩爾定律指數式增長。
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而這，還僅僅是一個開始。
Neuropice2.0！
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研究大腦的生物學專家建議實驗人員用金或鉑做電極，然后用有機金屬聚合物做柄部。
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然而，這些材料都不能和先進的CMOS制造工藝相兼容。于是，實驗人員進行了一些研究，并做了大量的工程設計。最終，Silke Musa發(fā)明了一種氮化鈦，這是一種極其堅固的電陶瓷，它可以兼容CMOS和動物的大腦。
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同時，該材料也是多孔的，這給了它低阻抗。低阻抗對獲得電流和清除信號非常有幫助，而無需加熱附近的細胞，從而產生噪音，破壞數據。
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多虧了大量的材料科學研究和微機電系統(tǒng)(MEMS)的一些相關技術，研究人員現在能夠控制硅桿和氮化鈦電極沉積和蝕刻過程中產生的內應力。
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如此一來，盡管硅桿只有23微米(微米)厚，但它們能一直保持幾乎完美的直線。
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而每個探針由四個平行的柄組成，每個柄上又鑲有1,280個電極。在1厘米的長度之內，探針的長度足以達到老鼠大腦中任何一個位置。
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在2021年發(fā)表的小鼠研究表明，Neuropice2.0設備可以在嚙齒動物正常生活的同時，連續(xù)六個月從相同的神經元收集數據。
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與CMOS相兼容的柄部和腦組織之間的彈性差異巨大，如此一來，就引發(fā)出了一個問題，那就是：當探針在大腦中不可避免地隨著大腦的移動而移動時，應該如何跟蹤單個神經元。
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我們都知道，神經元的大小為20至100微米，而每個電極的直徑為15微米，小到足以記錄單個神經元的孤立活動。
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（第一個Neuropion裝置。柄上有966個電極。）科學怪人開頭顱，首創(chuàng)人腦機器
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