本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
无论您是在走路、说话还是思考宇宙，您的大脑中每秒至少有数百亿个突触在放电。
“了解我们自己的薄弱环节实际上是关于了解我们的大脑如何产生我们的思想，以及我们的思想如何产生我们自己，”麻省理工学院神经科学家艾德·博伊登说。
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大脑中一立方毫米的空间包含超过 100,000 个神经元，它们通过 10 亿个突触连接，以毫秒级的时间尺度进行计算。为了了解信息如何在这些回路中流动，我们首先需要一份神经元和神经胶质细胞的“大脑组成部分”列表。但仅仅有这样的列表是不够的。我们还需要绘制细胞的连接方式，并以电学和化学方式监测它们随时间的活动。
研究人员可以借助 20 世纪 70 年代开发的一项名为膜片钳的技术在小规模范围内做到这一点。将一根微小的玻璃针非常靠近大脑中存活的神经元，研究人员就可以对单个神经元进行显微手术，刺穿细胞膜，以进行诸如记录流经细胞的毫伏级电脉冲等操作。膜片钳还有助于测量细胞内包含的蛋白质，从而揭示特征分子，并有助于我们理解为什么一个神经元的行为可能与其他神经元不同。神经科学家甚至可以注射发光染料，以便观察细胞的形状。膜片钳技术在神经科学领域已经使用了 40 年。为什么现在它会以一种新的神经科学技术出现呢？
用一个词来说：机器人。博伊登设计了一台机器来完成这项微小的工作。这不是普通的机器人。它与神经元一起工作，这些物体如此之小，以至于数百个才能放在铅笔尖上。目前，该机器人可以“自动膜片钳”单个细胞。博伊登计划建造一个大规模并行的机器人，它可以对许多神经元进行显微手术，并揭示它们的形状、形态和功能。在未来，我们将能够记录数十个，甚至在未来记录数百个。
迄今为止，很少有实验记录下两个连接的细胞，以破译一个细胞中的电计算如何影响另一个细胞，部分原因是随着时间的推移监测单个细胞是一项具有讽刺意味的艰巨任务。但这要感谢自动膜片钳技术，它也在药理学应用方面很有前景。它已经开始揭示各种药物如何影响体内不同的细胞类型，而不是培养皿中的细胞，后者的行为非常不同。理想情况下，我们最终将能够检查药物对清醒且行为动物的整体大脑影响。
感谢人与机器之间现代的协同作用，神经科学的未来可能会比我们想象的更早到来。
编者注：这是关于新兴神经技术系列文章的第三部分。加入麻省理工学院的 12 名博士生的先导课程，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对应。此实验由MITx支持并由EyeWire创建。下周请继续关注我们如何探索利用藻类中发现的蛋白质对神经元进行基因工程，帮助研究人员将放电活动与功能匹配起来。