高分辨率细胞外电生理技术通常用于记录神经元活动，以解析大脑功能。将电生理技术与光遗传学技术结合，研究人员可通过激活或抑制特定神经元类群，同时记录神经活动的变化，从而验证特定神经元的功能因果作用。
目前，由伦敦大学学院（UCL）科学家联合开发的一项新技术可同时记录和调控大脑深部的神经元活动。这款名为Neuropixels Opto的探针已在小鼠模型中完成验证，将电生理与光遗传学功能整合至单根探针上，为解析大脑单个神经元的功能与相互作用机制提供了前所未有的研究手段。该超薄探针集成了约1000个紧密排布的记录位点，可在采集单个脑细胞高分辨率信号的同时，同步监测大规模神经网络的活动。该技术有望革新我们对神经环路以及阿尔茨海默病、精神分裂症等神经系统疾病的认知。
伦敦大学学院眼科学研究所教授Matteo Carandini博士表示：“这一技术首次实现了直接验证特定神经元对周围环路活动的调控作用，揭示了神经元活动与大脑功能之间的因果关系。在同一实验中同时实现神经元活动的记录与调控，是神经科学领域的一项重大突破。”
该研究成果发表于《自然-方法》（Nature Methods），论文题为《Neuropixels Opto：整合高分辨率电生理与光遗传学技术》。该探针的柄部宽70μm、长1cm，集成了960个电记录位点以及两组共14个发光元件，可实现蓝光与红光的空间可寻址光遗传刺激。研究人员可借助该设备监测数百个神经元的电活动，同时通过光信号选择性激活或沉默特定细胞。
Carandini解释道：“大脑通过复杂的电活动模式处理信息，数十亿神经元通过快速电信号实现通讯。要解析这些信号如何调控行为、认知以及疾病发生，需要同时具备观测和调控神经元活动能力的研究工具。”
Carandini补充道：“在此之前，科学家通常依赖两套独立的技术体系：采用电生理探针记录神经活动，通过光遗传学技术调控神经活动。二者的整合一直存在技术难点，尤其是在大脑深部区域，如何在不干扰高精度电信号记录的前提下导入光刺激，技术实现难度极高。Neuropixels Opto将两种功能整合至单设备中，攻克了上述限制，可实现神经环路的同步检测与调控。”
伦敦大学学院眼科学研究所博士后研究员Karolina Socha已使用该探针开展大脑皮层功能研究，她表示：“我们意外发现皮层神经元的活动可以呈现极高的局灶性。在此之前我们认为神经元之间高度互连，几乎不可能只激活部分神经元而不引发周围大量神经元的同步激活。Neuropixels Opto探针的检测结果表明，这些神经元既可以协同工作，也可以相对独立地发挥功能。”
该技术对于解析神经系统疾病与精神疾病也具有重要意义。包括精神分裂症、阿尔茨海默病、帕金森病在内的多种疾病均与神经元通讯异常相关。Neuropixels Opto可更清晰地解析生理与病理状态下的神经环路功能，有望推动更具靶向性的治疗方案的开发。
注释：Neuropixels Opto为集成光遗传功能的高密度电生理探针。