大脑通过复杂的电信号模式处理信息，数以百亿计的神经元通过快速的电信号传导进行精密互联。为了阐明这些微观电信号如何交织并驱动个体的行为、认知以及各类神经精神疾病，神经科学界长期致力于开发能够同时实施大规模观测与精准干预的环路研究工具。
近日，由英国伦敦大学学院（UCL）眼科研究所与美国艾伦脑科学研究所（Allen Institute）领衔的国际联合研究团队，在学术期刊《自然-方法》（Nature Methods）上发表研究论文。研究团队成功研发出名为“Neuropixels Opto”的新一代超薄硅基神经探针。该技术将高密度细胞级电生理记录（Electrophysiology）与多位点高精度光遗传学（Optogenetics）调控功能集成于单根探针之上，解决了传统技术在脑深部区域无法兼顾无干扰电生理读出与精准靶向光刺激的工程学难题。
在过去很长一段时间里，神经科学家不得不依赖彼此分离的硬件系统：使用高密度电生理探针来捕捉大规模神经元的放电活动，而使用光纤导入系统进行光遗传学控制。当研究推进到海马体、纹状体等脑深部区域时，如何在不破坏敏感微弱电信号采集的前提下，精准导入多点刺激光线，在工程学上存在巨大挑战。
此次推出的 Neuropixels Opto 探针，其核心是一根比人类头发丝还要细的超薄硅基基质。在这根极细的探针上，工程人员集成了约 1000 个紧密排列的微型电信号记录位点，同时在沿线集成了微型发光单元（Microscopic light emitters）。
这种结构使得研究人员能够在小鼠脑部实验中，以高空间分辨率实时监测数百个独立神经元的电生理活动，并能在同一位点、同一时间轴上，利用微型发光单元对特定基因型的神经元实施选择性的激活或静息。这种同步读写操作，让直接测试特定神经元对周围网络环路放电特征的影响成为可能，从而在细胞层面上确立了神经元活动与大脑高级功能之间的直接因果关系。
论文共同第一作者、伦敦大学学院眼科研究所研究员 Karolina Socha 博士利用该技术对小鼠大脑皮层（Cerebral cortex）的功能展开了先导研究。在应用中，研究团队获得了一项不同于传统认知的科学发现。
在以往的经典神经解剖学与网络互联假设中，学术界普遍认为大脑皮层神经元之间的突触连接错综复杂，具有强烈的互连性，几乎不可能在不惊动整个局部网络的前提下单独激活某几个特定的神经元。然而，Neuropixels Opto 探针的实测数据揭示，大脑皮层神经元的活动可以表现出极高的局域性（Remarkably localized）。这些神经元在承担功能时，不仅能够进行大规模的集体协同，同时也可以保持极高程度的独立放电表型。这一发现为解析信息在大脑不同皮层区域间的分布式表征与并行处理提供了关键的底层逻辑支撑。
行业专家评价指出，Neuropixels Opto 技术的成功应用不仅有望解答神经科学领域关于知觉、学习和决策如何编码的理论疑问，同时对于探索临床神经精神疾病的病理演变具有转化医学价值。
诸如精神分裂症、阿尔茨海默病和帕金森病等复杂疾患，其核心病因均与神经元之间的电信号通信失调和环路异常放电密切相关。通过提供健康和疾病状态下大尺度神经网络的高分辨率动态图谱，这项技术将为临床寻找环路层面的干预靶点、开发更加精准的微创神经调控与靶向药物疗法奠定技术工具基础。
参考文献：Anna A. Lakunina et al, Neuropixels Opto: combining high-resolution electrophysiology and optogenetics, Nature Methods (2026). DOI: 10.1038/s41592-026-03076-z
编辑：王洪
排版：李丽
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