原作者：Imperial College London
译者：彭婷
来源：Imperial College London
概要：科学家们已经成功地教会了机器人执行一项具有挑战性的大脑技术，而这种技术以前只被少数人掌握。
“修补”神经元：绿色表示用于引导机器人的荧光蛋白。红色表示移液管内的荧光染料。黄色表示修补的单元格。
全细胞膜片钳电生理学也可以称之为全细胞记录（WCR），它是研究在不同的大脑状态（如压力或学习）下神经元行为的标准技术。
该方法自20世纪70年代开发以来一直用于哺乳动物。科学家在它的帮助下了解了大脑功能和脑部疾病，如阿尔茨海默症。为了更全面地描绘其作为整个器官的功能，科学家们观察了活的哺乳动物脑中的个体神经元的电活动。该信息用于了解电功能在人类脑部疾病中的作用。
然而，WCR由于设备规模小、所涉及细胞具有微观性质，因而面临着很大的挑战。它还需要非常精确的运动来寻找神经元，然后准确地记录其电流。因此，世界上只有少数实验室会专攻这项技术。
现在，由ImperialCollege London的Simon Schultz教授和LucaAnnecchino博士率领的科学家团队首次开发了一种机器人和计算机程序，这种程序可以在无人工干预的情况下，引导被称为微量移液器的小测量装置到达活老鼠大脑中的特定神经元并记录电流。这是被报道的第一个由完全自动化平台所做的事情。
资深作者Schultz教授说：“要了解整个大脑器官，我们需要知道神经元是如何工作和交流的。神经元本身就是一种复杂的结构，它利用电信号和分子信号把信息传递给邻近的神经元以及整个大脑。神经元也会表现出不同的行为，这取决于它们是否健康或者是否因为某些脑部疾病而无法充分发挥作用。WCR技术是一种窃听这些细胞以及窃听它们相互间如何沟通的途径。
“然而，用肉眼不能看到的结构需要用非常精确的方法来测量，到目前为止我们已经成功地完成了这一工作，现在我们已经教会机器人”看“神经元并且更好地执行这个过程。这也就意味着WCR现在能够以更大的规模进行研究，这将加速我们对脑部及其疾病的了解。”
用于进行WCR的常规方法需要科学家用荧光蛋白或染料标记特定的神经元。他们通过将机器人引导到神经元来实现这一目标。而这又是通过经由充满导电流体的移液管将电脉冲发送到脑中来完成的。脉冲扩散到大脑中，直到微量移液管接近神经元，这个过程会产生一个电信号块，而这个电信号会告诉人类或机器人操作者何时停止移动微量移液管。
当微量移液管夹在细胞的外部时，它会利用脉冲负压穿透膜。然后，通过导电流体从神经元进入计算机，在这个过程中它同时会利用微量移液管传导所有的电信号。
这一新的研究方法是由帝国生物工程系的Schultz教授在他的研究报告中提出的，他和他的同事们演示了机器人是如何在没有任何人输入的情况下自动完成这项工作的。
该团队将其技术与常规方法进行了比较，发现机器人比人类更快，并且更准确。这项研究结果发表在Neuron杂志上。
自动化意味着也许可以在世界各地更为广泛地使用这种技术，甚至在没有技术专长的实验室中也可以。
第一作者Annecchino博士说：“虽然程序已经存在了好几年，但我们仍然觉得它很难执行。可是它在教我们了解哺乳动物大脑方面非常有价值，它是机器人自动化的理想候选者。我们打算将该计划商业化，使世界各地的研究都能受益。”
接下来，研究人员将研究阿尔茨海默病患者大脑中的淀粉斑块是如何干扰脑电路的。 Annecchino博士补充说：“最终，阿尔茨海默症导致的问题源于个别脑细胞网络信息处理能力的变化。而这个我们可以用这种技术进行监控。”
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原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2017/08/170830122558.htm
