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。
大脑是一个极其复杂的网络，大约由 1000 亿个左右的神经元组成，每个神经元通过数千个连接与其他神经元通信。操纵如此复杂的系统来弄清其工作原理的想法表面上看来似乎不太可能。然而，一些勇敢的探险家已将目光投向这片内在的细胞丛林。人们已经想出了巧妙的电气或分子方法来监听或调整神经元，以便他们能够破译这种复杂的思考-观察-骑自行车机器是如何运作的。《大众科学· mind》题为“未来的你”的特刊描述了旨在从内部揭示大脑秘密的新技术。
在匹兹堡，一位大部分瘫痪的年轻女性在其运动皮层（一个帮助协调运动的大脑中心）中植入了两个微小的电极网格。当她将植入物插入计算机时，这些电极将来自她神经元的信息传递给机器人，使她能够控制机械手臂和手。这位女性患有神经退行性疾病，导致她无法控制自己的肌肉，但她似乎很享受学习用思想操纵机器人的过程。尽管如此，我仍然难以理解允许科学家以这种方式在你的大脑上进行实验所需的勇气。
这种脑机接口的一个明显用途是让瘫痪人士更好地控制环境。此外，这些设备正在帮助科学家了解我们如何学习运动任务。当孩子学习骑自行车时，行为上的改变是显而易见的：她不再向一侧倾倒，而是可以坐直并向前踩自行车。然而，当她的技能提高时，她大脑中发生了什么，长期以来一直 Largely 隐藏。但是，通过监测人员或动物学习任务时神经元的活动，科学家可以直接观察到伴随这种学习的神经元信号传导的变化。在对大鼠和小鼠的一些研究中，科学家发现，掌握一项任务涉及将执行一个程序所需的神经元集合缩小到一个更小的、据推测是关键的集合（参见“人体半机械人揭示我们如何学习”）。
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其他研究人员正在为动物的大脑配备微小的太阳能电池，并使用光来打开或关闭特定的网络，以弄清它们的作用。这项名为光遗传学的技术涉及赋予神经元将光转换为电信号的分子，这正是神经元用来通信的方式。这些分子是从藻类或细菌中提取的光驱动泵或通道，它们将正离子或负离子输送到细胞内或细胞外，从而加速或沉默神经元信号传导。研究人员已经使用这种插入的通道来查明大脑中的攻击性回路：将光照射到某些被赋予这些外来分子的细胞上，从而激活它们，使小鼠突然开始攻击其他小鼠。其他人则使用该技术来查明记忆回忆的神经基础。科学家利用光遗传学沉默过度活跃的神经元，已经阻止了小鼠的癫痫发作。通过激发大脑中某些运动神经元，这种光“疗法”已经使表现出类似帕金森病症状的小鼠的步态变得平稳（参见“光敏神经元揭示大脑的秘密”）。
但是，尽管外科医生可以将电极阵列植入人体，但没有医生或科学家可以可靠地将光敏蛋白导向人体内特定的一组神经元。因此，从治疗的角度来看，光遗传学的主要希望在于它能够帮助科学家破译某些疾病背后的神经代码中的异常。有了更多的知识，研究人员可以开发出更好的治疗方法。随着电极和光遗传学实验揭示更多与学习和记忆相关的回路，也许我们将弄清楚如何也增强这些过程。