Neuropixels Opto：史上第一支可以又錄又改寫腦神經活動嘅矽探針

成幾十年嚟，神經科學家都面對一個好鬼麻煩嘅兩難局面：要嘛就一次過記錄幾百粒神經元嘅電波嘈音，要嘛就用光去控制經過基因改造嘅特定細胞，但係想喺同一個深層腦區同一時間做齊兩樣嘢？難過登天。由倫敦大學學院（UCL）同艾倫研究所（Allen Institute）嘅全球團隊合作研發，並發表喺《自然·方法》（Nature Methods）期刊嘅新一代探針 Neuropixels Opto，終於打破咗呢個困局 。

呢件成品唔單止係觀察緊腦部活動咁簡單——佢係喺度主動改寫緊神經訊號，同時仲「聽」住成個網絡有咩後果。

唔止係電極咁簡單：一種「搞搞震、睇反應」嘅儀器

每支 Neuropixels Opto 探針，都喺一條 70 微米闊、1 厘米長（幼過條頭髮絲）嘅矽針上面，塞滿咗 960 個電記錄點同 28 個光發射點（14 個藍光、14 個紅光）。呢個密密麻麻嘅記錄點陣列，覆蓋嘅腦組織範圍比以前嘅傳統電極大好多，而雙色光嘅設計，就令研究人員可以喺唔同深度，精準咁用光遺傳學（optogenetics）去激活或者沉默特定嘅神經元。

成個工程學上最突破嘅地方，就係佢傳送光線嘅方法。佢唔係直接喺晶片上面裝粒光源（咁樣會辣親周圍啲組織），而係用咗一條內置嘅光子波導（photonic waveguide）。外部激光會射入條波導，再沿住針身引導去嗰 28 個發射點 。呢種設計徹底解決咗以前想將電子線路同光學線路塞埋一齊時，必然會遇到嘅散熱同電噪音問題。

結果就係一個研究團隊口中嘅「搞搞震、睇反應」（perturb-and-record）神器：喺某一層大腦皮層，刺激一群經過基因標記嘅神經元，然後同步記錄周圍幾百個神經元——甚至遠處腦區——掀起嘅連鎖反應 。

意想不到嘅發現：局部搞作原來會影響全腦

根據《自然·方法》期刊嘅報告，探針喺老鼠身上做嘅首次系統性測試，證實咗佢可以喺唔同皮層深度，精準咁激活或者沉默神經元 。呢個係意料之內。但係令研究人員跌晒眼鏡嘅係，呢啲局部搞作嘅影響原來可以去到好遠。

喺老鼠嘅紋狀體（striatum）同其他深層腦結構入面，Neuropixels Opto 做到好高效嘅「光標記」（optotagging）——即係用神經元對光嘅反應去識別唔同基因類型嘅細胞 。更重要嘅係，同步透過 960 個記錄點去睇，發現喺一個局部皮層柱（cortical column）做手腳，竟然會對遠處嘅神經元同腦區產生大規模、非局部嘅影響 。

以前因為技術限制，研究人員焗住要用一種工具去刺激，再用另一種工具去記錄，呢類網絡層面嘅傳播規律好難觀察得到。Neuropixels Opto 就將呢種分離嘅情況，濃縮晒落一支探針度，徹底暴露出一個局部搞作，究竟係點樣喺一個活生生嘅腦入面引發級聯效應（cascade）。

點樣幫手拆解腦部疾病

呢支探針可以伸入去深層腦結構，同步記錄同操控特定細胞類型，令佢成為研究神經系統同精神科疾病呢類電路級病變嘅超級工具。

阿茲海默症

海馬體（hippocampus）同內嗅皮層（entorhinal cortex）係阿茲海默症最早期受到牽連嘅結構。Neuropixels Opto 嘅長針身可以掂到呢啲深層區域，而佢嘅光發射點就可以瞄準嗰啲已知會被澱粉樣蛋白（amyloid）同濤蛋白（tau）破壞嘅特定中間神經元（interneuron）群 。透過操控呢啲細胞，再即時記錄網絡嘅反應，研究人員終於可以砌出病變點樣破壞電路功能嘅因果模型——唔使再停留喺相關性嘅層面。

柏金遜症

柏金遜症嘅特徵係黑質（substantia nigra）嘅多巴胺神經元死亡，同埋紋狀體同基底核（basal ganglia）出現異常放電模式。Neuropixels Opto 可以插入去紋狀體同其他深層結構，提供空間精準嘅光遺傳刺激，同時記錄嚟自幾百個代表唔同細胞類型同電路路徑嘅神經元 。咁樣可以幫手拆解，究竟係邊種特定細胞類型引發咗運動症狀，同埋當多巴胺訊號失效嗰陣，佢哋點樣互動。

精神分裂症

關於精神分裂症嘅一個主流假說，係指向小白蛋白（parvalbumin）陽性嘅中間神經元，同埋佢哋喺產生伽馬頻率振盪（gamma-frequency oscillations）以協調皮層網絡嘅角色。Neuropixels Opto 可以直接激活或者沉默呢啲經過基因標記嘅中間神經元，同時記錄分佈喺各處嘅皮層神經群，咁就可以對「中間神經元功能障礙係咪就係引致認知同感知病徵嘅元兇」呢個假說，進行因果測試 。

科學家唔使再淨係將神經活動同行為或者病變扯上關係就算，而係可以真係去問——同埋答——到底特定細胞類型出錯嗰陣，會「引致」啲咩後果。就係呢種由「相關」到「因果」嘅研究方法飛躍，令 Neuropixels Opto 對轉譯神經科學（translational neuroscience）嚟講係真正嘅一大步。