神经科学家正在探索神经元微观世界中以前未知的领域——观察脑细胞工作，检测活体大脑中阿尔茨海默病的微观证据，甚至进行一些读心术。 20世纪90年代被称为“大脑的十年”，但21世纪的科学家们正在以更惊人的精确度检查活体大脑。
为了研究微观尺度下神经元的功能，研究人员通常使用精细的玻璃电极，但这种方法无法在动物活着时提供细胞的精确位置。研究人员只能通过将细胞注射化学标记物来确定细胞的位置，这种标记物在动物被处死后可以通过显微镜看到。
现在，一种称为单神经元功能成像的新技术使科学家能够在脑细胞仍在脑内工作时观察它们。 2005年早些时候，R. Clay Reid及其在哈佛医学院的同事使用激光和显微镜制作了延时图像，记录了实验室猫和老鼠视觉皮层中数百个神经元的同步活动。 该方法在2月10日的《自然》杂志上进行了描述，应该能够使神经科学家绘制出具有单细胞精度的脑功能结构图，例如视觉、运动和学习。
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神经科学家不仅在构建更好的大脑地图，他们还在朝着读取人类思维迈进。 日本ATR计算神经科学实验室的Yukiyasu Kamitani和范德比尔特大学的Frank Tong表明，功能性磁共振成像测量的大脑状态与主观心理状态之间存在紧密的耦合。 科学家在5月份的《自然神经科学》杂志上撰文描述了他们如何通过解码视觉皮层中少量神经元群体的活动来预测一个人正在观看的八种视觉模式中的哪一种。 他们认为，这种读心术可以扩展到研究意识、记忆和其他类型的“精神内容”的神经基础。
当一切运转良好时，观看大脑工作是很好的，但是当疾病来袭时，科学家们希望深入了解可能导致问题的原因。 马萨诸塞州总医院的神经学家布拉德利·海曼及其同事开发了可以跟踪阿尔茨海默病活体小鼠模型中微观神经变化的工具。 科学家们使用多光子显微镜和荧光示踪剂，能够以微观精度检测到淀粉样斑块（该疾病的标志）的存在。 科学家们目前正在探索一种类似的方法，该方法使用正电子发射断层扫描来诊断和研究人类疾病的进展。
这些新技术使科学家能够瞥见大脑中发生的事情，但另一项最新进展将帮助他们理解他们所看到的东西。 在4月22日的《物理评论快报》中，卡内基梅隆大学的内森·N·厄本及其同事描述了一种方法，该方法使他们能够预测神经元群如何同步其活动。 因为同步活动是大脑中编码和存储信息的基础，所以他们的工作对于理清大脑如何产生我们称之为思维的非凡事物具有广泛的意义。