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一个14英尺的铝合金机器人以每小时13,000英里的速度在漆黑的太空中穿梭。在3.5亿英里的旅程中，它搭载的用于探测X射线和分析矿物质的科学仪器处于隔离状态，定期向飞船的母星发送信号。发射八个月后，飞船接近目的地，远处的红色光点逐渐变成一个逼近的行星：火星。为了成功着陆，耗资25亿美元的美国宇航局“好奇号”火星探测器必须将其巡航速度降至0.01%，保护自身免受高温影响，在异域星球的大气层中调整方向，启动火箭背包，并像一个机器人版的“碟中谍”一样用空中吊车着陆。尽管没有人到过地球以外的月球，但每一个操作都经过精心计算和精确执行。在埃隆·马斯克的火星梦想成为现实之前，火箭科学家将继续依靠模拟来成功理解和操作他们自己永远无法到达的环境。
在生物学中也采用了类似的途径。人体有7500多个已命名的部分和60多个器官。其中大多数都在活体深处，超出了监测和现代高分辨率成像的范围。目前对细胞微环境的观察和后续理解是有限的——我们还不能将跟踪纳米机器人放入血液中，或者通过头骨和大脑成像来测量内部精确的化学变化。那么，我们如何理解维持生物体生存或驱动器官患病的分子系统呢？
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一个有希望的解决方案在于工程学和生物学的交叉点：微流体技术。通过使用经典生物培养皿的微型定制混合物，研究人员可以模拟体内发现的条件，并控制特定变量，如酶变化或生长因子的存在。正如美国宇航局利用火星模拟成功建模并实际降落了“好奇号”火星探测器一样，研究人员也开始复制体内和体外场景，以研究包括肿瘤生长和扩散在内的异常情况。研究人员现在可以直接观察到癌组织的小块脱落，在血液中迁移，并在毛细血管中定居。他们甚至可以在不危及生命的情况下测试不同药物对这些癌症的疗效。
癌症只是开始。麻省理工学院的罗杰·卡姆预计，未来我们可以从患者自身的细胞中培养和模拟器官，以测试他或她对不同药物的反应。微流体技术现在也被应用于神经科学。它被用来研究发育阶段，并解读化学和物理过程中的变化如何导致神经元的生长或退缩。以研究充分的神经肌肉接头为例。这些兴奋性突触使您可以随意移动身体，并且存在于脊髓运动神经元和骨骼肌纤维之间。华盛顿大学的阿尔伯特·福尔奇指出，虽然“导致突触发生的分子信号序列在质量上是众所周知的，但对于所涉及的各种神经化学信号的数量（浓度、持续时间、起始时间等）知之甚少。”微流体技术正在改变这一点，它打开了通往控制行为核心功能的细胞微环境的窗口。科学家们能够使用这样的电路来测试神经元计算，并构建由活细胞组成的逻辑门。
基础知识促进了创造性的应用。微流体技术研究人员最近开始开发生物机器人，这是一种将柔性框架与活的肌肉细胞相结合的混合机器人。卡姆预计未来的生物机器人将配备神经元感官系统，并可能有一天被用于各种案例，例如被派往石油泄漏后寻找和吸收化学污染物。
下周请继续关注麻省理工神经科技，它将探索人类有史以来最高分辨率的神经元图谱。
编者注：这是关于新兴神经技术系列的第三部分。加入麻省理工学院的12名博士生试点班，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吻合。该实验由MITx支持，由EyeWire创建。