在神经科学的研究中，记录动物的神经活动是不可缺少的一环。
通过记录各种任务/状态下神经元群体的活动，我们才能够非常直接的回答很多问题——比如说大脑到底是如何一步一步加工信息的，或者大脑如何产生行为，或者某一种特定的认知过程是如何加工的。那么用什么样的工具（怎么用）？记录到什么样的数据？然后使用现在常用的分析手段能够给出什么样的结论？
因此，在接下来的三篇文章中，我们会依次讨论「神经元信号记录方式的选择」、「神经电生理信号采集的方法」以及「所采集数据的分析方法」。第一篇我们首先来讨论“大规模记录神经活动的主要工具和怎么用”的问题。
神经信号记录的主要方式现阶段神经科学记录大脑活动的路线主要分为两种：光或者电。光一般是通过带有sensor的神经元的荧光成像来完成，记录对象可以是神经元集群（population），也可以是单个神经元，二者分对应光和双光子记录法 或者是对单个神经元分辨率荧光的成像(比如双光子活体钙成像)。通过光学方法记录神经活动最主要的优势是可以通过选择性表达病毒的方式，实现对特定连接、特定基因型病毒的记录。主要有以下3个缺点：
1、信号的时间分辨率较低；
2、较难实现对深部脑区的大规模记录；
3、无法区分单神经元活动，通过植入显微镜的方式记录损伤又比较大，而且也很难实现对多个深部脑区+皮层的同时记录，灵活性比较差。
(de Groot et al., 2020)那么第二种神经活动记录的技术路线就是电的方式——也就是接下来我们要讨论的内容。我们知道神经元的活动主要是以动作电位为主，只要把尺寸和神经元大小比较接近的电极放在神经元附近，神经元发放动作电位引起的局部电位变化就可以被记录到。
电生理记录的主要方式在传统的神经科学实验中大家一般使用多股极细的微丝放到神经元附近记录信号。
微丝电极(tetrode)可以记录到周围神经元的信号，但是有很多缺点：
1、记录的通量有限
微丝电极植入的数量比较容易受限，所以一般而言总通道数不多。
2、对不同神经元分类的能力较差(sorting)
微丝电极一般四个一股一般而言可以记录到同一个神经元的电活动。但是仅靠四个通道的数据来对记录到的附近多个神经元产生的电活动进行分类的效率比较低，所以会有更多的混杂信号的记录，较难分离出干净的单个神经元放电数据。
3、位度不高
微丝电极定位脑区时，通常只能粗略地放置，难以精确规划植入路径。
现代微纳工艺的发展对神经科学有非常好的推动作用。利用类似制造芯片的工艺，电极的设计者直接在硅片上沉积、光刻电极的记录位点，直接以微米级别的电极大小，几十个微米级别的间距在毫米的尺度上线性放置上百个记录位点。比如说neuropixel电极可以同时做到384个通道的同步记录，而且因为通道的密度很大，可以根据很多个通道的电位非常精确的分离附近神经元的电活动，从而可以在同步记录很多神经元的基础上，实现对很多神经元的精确记录分类。
除了记录质量好之外，现代的硅电极还有一个非常牛的优势：那就是记录轨迹的设计。就以neuropixel电极为例，因为它是在3.84mm上高密度按顺序整齐排开的上百个通道（channel），因此可以通过设计电极插入的轨道，从而实现对一长串触点覆盖到的脑区的同时记录，如果同时放置多个电极的话，可以同步记录的神经元的数量，以及可以覆盖的脑区的数量会很大，从而可以获得更全面而精确的大脑活动信息。如下图(来自 neuropixel trajectory planner)，通过对电极插入位置、角度、距离结合精确小鼠大脑图谱的数据，我们可以通过设计电极植入路径同时记录由浅至深多个脑区同步神经活动的数据。
在这样规划的基础上，通过多次实验还可以获得整个大脑记录的数据。这对于理解整个大脑对于特定任务如何协同工作是具有非常重大的意义的。
那么就以电生理实验为例，下一篇我们来简单讨论“在一个经典的神经科学实验中“在体电生理记录的主要方式方法”。
未完待续，下期见！
作者简介 PROFILE
李竞捷｜伦敦大学学院
邮箱：jingjie.li.21@ucl.ac.uk
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