当单个神经元放电时，它只是一个孤立的化学信号。当许多神经元一起放电时，它们就会形成一个想法。大脑如何弥合这两种神经活动水平之间的差距仍然是一个巨大的谜团，但一种新型技术正使我们更接近解决这个问题。
上图中闪耀的青色光芒来自一种生物传感器，它可以检测到非常少量的神经递质的释放，神经递质是脑细胞用来通信的信号分子。这些被称为 CNiFERs（发音为“嗅探器”），即基于细胞的神经递质荧光工程报告器的传感器，使科学家能够近距离地检查大脑的活动。
这种作为白宫“大脑计划”一部分而开发的新能力，可能会进一步加深我们对大脑功能如何从单个神经元的复杂相互作用中产生的理解，包括成瘾等复杂行为如何发展。西奈山伊坎医学院的神经科学家保罗·斯莱辛格是这项研究的资深研究员之一，他周一在美国化学学会第 252 届全国会议暨博览会上介绍了这些传感器。
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目前的技术要么过于宽泛，要么过于具体，无法追踪许多细胞中和周围的微量神经递质如何促进思想的传递。科学家们使用功能性磁共振成像来观察血流，作为较长时间内大脑活动的替代指标，或者使用示踪剂来追踪少量神经元在几秒钟内释放的特定神经递质。但是 CNiFERs 提供了一种快乐的中间地带；它们允许研究人员在相当长的时间内监测许多细胞中的多种神经递质。
当 CNiFER 与其设计的要检测的神经递质接触时，它会发出荧光。使用植入大脑的微型传感器，科学家可以测量 CNiFER 发射的光量，并从中推断出存在的神经递质的量。由于它们由几个互锁的部分组成，因此 CNiFERs 非常通用，形成了一个“即插即用系统”，斯莱辛格说。传感器的不同部分可以互换以检测单个神经递质。之前的技术很难区分相似的分子，例如多巴胺和去甲肾上腺素，但 CNiFERs 则不会。
这些传感器正在动物身上进行测试，以检查特定的大脑过程。斯莱辛格和他的同事使用 CNiFERs 来更仔细地观察一种经典的心理现象：巴甫洛夫条件反射。正如巴甫洛夫训练他的狗在听到餐铃声时流口水一样，斯莱辛格和他的团队训练小鼠将音频提示与食物奖励联系起来。在实验开始时，当小鼠收到糖块时，它们会释放多巴胺和去甲肾上腺素。然而，当动物逐渐习惯将音频提示与糖联系起来时，神经递质的释放会更早发生，最终与音频提示同时发生，而不是实际的奖励。
小鼠研究可能与神经科学最终努力实现的那种人类影响相去甚远——例如，更好地治疗帕金森病患者或脑震荡患者——但这只是这一切的开始。斯莱辛格特别有兴趣使用 CNiFERs 来研究成瘾。更细致地了解成瘾如何在小鼠大脑中发展，可以帮助识别对抗人类成瘾的新目标。