本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
这是一个星期六，你正在度假，从比克斯比大桥的蜿蜒悬崖上眺望着美丽的蓝色太平洋。你呼吸着凉爽、新鲜的咸空气。滔天巨浪的轰鸣声搅动着你大脑中的神经网络，突然你发现自己想知道在泡沫翻腾的海面下隐藏着什么。海豹在海藻丛中嬉戏？鲨鱼在四处觅食？还是尚未被发现的生物？
探索肉眼看不到的东西，激发了人类数千年的创造力。近几十年来，技术为我们提供了独特的工具，激发了我们的祖先甚至无法想象的问题。
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以大脑为例。仅仅在 200 年前，我们还不知道它是由神经元组成的。没有这种知识，就不可能意识到这些细胞通过突触连接形成网络，并通过电信号和化学信号进行交流。神经学说（正如人们所称）引发了大量的发现。其中之一是可塑性，即神经元随时间改变其连接的能力。几十年前，人们普遍认为可塑性只存在于发育中的大脑中，而不是在成年人中。但神经科技的进步使我们能够看到表面之下，并深入到活体大脑内部，从而打破了这一观念。研究人员现在意识到，成年大脑对经验具有高度适应性，并且会随着时间的推移定期生长新的突触。
促进我们追踪这些变化的一个重要工具是多光子显微镜。它的工作原理是将红外辐射照射到组织中，在那里它被基因添加到细胞中的荧光蛋白吸收。传感器会拾取发出的荧光，并绘制出荧光细胞的位置。通过将辐射引导到不同深度的焦点，科学家可以绘制 3D 结构。在几天和几周内重复这项技术，可以识别和监测活体大脑中的布线重塑动态。
观察细微的神经元重接揭示了大脑中以前未知的突触运动性。神经元不是静止的；皮质中的脊状突起在动物的一生中不断生长和消退。我们可以使用这项技术来检测各种各样的大脑动态，例如 阿尔茨海默病中突触生长如何变化，或者 可卡因的使用如何影响大脑血管。其他研究人员最近使用双光子显微镜发现，脑细胞在睡眠期间会缩小 60%，并且会被脑脊液冲洗，以清除白天产生的有毒代谢副产物。
我们无法真正理解我们无法测量的东西。由于我们能够绘制活体中的这些连接，科学家们开始看到外部体验如何通过神经分支的变化来反映。这仅仅是冰山一角。将多光子显微镜与其他神经技术（如光遗传学和电子显微镜）相结合，有望揭示大脑中更具进取精神的神经网络的更多细节。拉尔夫·瓦尔多·爱默生在写道“你身后的和眼前的都无法与你内心所蕴含的相比”时，可能是一位正在观察的神经科学家。
请在下周关注我们，届时我们将探讨高密度电生理学如何让研究人员追踪数百个细胞的放电，以了解协调的细胞活动如何导致行为和环境意识。
编者注：这是关于新兴神经技术系列的第二篇。加入麻省理工学院 12 名博士生的试点班，我们将探索神经科学如何彻底改变我们对大脑的理解。每篇文章都与麻省理工学院神经生物工程中心创建的讲座和实验室参观相呼应。这项实验由MITx支持，并由EyeWire创建。