最迷人的东西，莫过于人类精巧而繁杂的大脑与浩瀚的宇宙。数百亿的神经元虽然在数量上比不过日月繁星，但其精细多变的网络连接丝毫不亚于庞杂的宇宙，在一定程度上两者表现出相似性，这正是脑科学迷人的地方。虽然大脑呈现繁杂但井然有序，结构排列错落有致，功能上分区明确，多年的演化出表现出当下卓越的智能。在体记录好比巡天望远镜，正是脑科学中一种用来认识大脑的一种方式，也正因为大脑的这种规律性，也使得这种方式成为研究大脑活动的一种主流。
图1 小脑、大脑以及宇宙中暗物的分布密度对比图1。神经电生理记录是一种理解大脑的十分重要的手段，其发展已近百年，甚至可以追随到更早。近年来随着技术的进步，记录的广度和深度越来越大。从规模上看，从数个神经元，到上万规模同时记录；精细程度上，不仅能记录到胞体的活动，还能记录到精细的突触活动，这无疑会深入对大脑的认识。
图2 电生理记录发展史3
什么是在体神经电生理由于神经元细胞上存在众多的离子通道，这些离子的特异通透性造成了膜内外的电位差如图3，当有变化发生时，这种电压就会产生改变，这个是在体记录的基础。直观的理解就是通过记录电极获取神经元胞外的电压变化，这种电压变化可以是单个神经元，即动作电位的变化（Action potential， AP）；或者一群神经元胞外电压变化的总和，即局部场电位（Local field potential， LFP）。本质上看就是短时间内神经元上数万个离子通道通过带电离子的规律变化。在体记录和离体记录（膜片钳）都能很好的捕捉这种精细的离子流变化，只是在时间精度以及空间范围上不同，这里只探讨在体记录相关内容。（PS，关于膜片钳记录有一本书非常值得推荐，《实用膜片钳技术》）
就目前的技术而言，此方法需要将硬质或柔性记录电极植入到动物脑内，然后给予一定处理情况下，记录相应脑区的神经元活动变化。这种植入可以是短暂时间，从数分钟到数小时；也可以是长期，从数月或数年；当然也可以是单个脑区，也可以是植入多个脑区联合记录。通常，我们看到的数据真实样子如图4所示。这是比较理想的情况下的信号，更多信号的特征和类型也会在公众号文章中逐步介绍。
获取在任务中神经元活动的变化仅仅是完成了一半，如何对数据处理及解释是另一个重要的工作，在文章中一般常见的图如5，当然还有很多不同的方式。由于大脑本身对我们隐藏了太多的过程信息，因此在研究员逆向解析的过程会变得十分困难，但谁说这样的挑战不是一种巨大的乐趣呢！此公众号亦会有规划的在数据分析相关章节中尽可能的描述目前主流的分析方法。
为什么要在体记录神经元之间通过电和神经递质的方式相互作用，编码、传递、计算等处理加工所感知的一切信息，但最终都表现细胞电活动形式的变化。因此，利用在体记录的方式记录神经元的电活动是解析大自然这一美妙的杰作的关键。DNA为我们提供了一幅蓝图框架，但在这个框架下功能是如何产生的是另一个引人入胜的问题。
在体记录能解决什么问题在体电生理是研究、调控大脑十分有利的工具。结合特定的方法，比如光遗传、药理学、行为学、基因编辑等，可以探究在学习、记忆、决策、运动等高级活动中神经元是如何编码的；利用声、光、电、磁等方式刺激大脑，研究这些方式是如何改变神经元的活动模式，进而实现大脑进行调控，或者模拟天然的触感。目前在科研领域中，已有许多研究利用在体电生理记录的一些物种的大脑活动，用以解析大认知功能，比如蜜蜂11、金鱼12、鬃狮蜥13、蛇14、蝙蝠15、猪16、猕猴，啮齿动物、含羞草17,18。在人类研究中也同样已经探索应用了许久19，期待有天可以大规模在临床应用造福患者！
和其他技术相比有什么优势鱼和熊掌的故事告诉我们，永远别想拥抱所有，不同的技术在时间和空间上需要平衡，对应解决问题的层面也不一样。在体电生理唯一不足的地方就是有创伤，数量级小（相较于神经元数量级数）。未来在各类记录电极板块中细致描述。
未来发展目前囿于技术的局限，在体记录还是有很大的突破空间，比如同时记录更多的神经元，更广泛的脑区，更长的记录时间，更小的伤害等。这项技术不仅将在基础科研领域大放异彩，对脑机接口的发展也十分的重要。基础研究领域为理解大脑提供了丰富而深入的认知，而脑机接口则在工程上进行实现与应用，两者相辅相成，最终实现造福人类或提升人类。关于脑机接口的讨论和畅想也欢迎读者给我们留言、投稿和互动。最后分享一些大脑的一些有意思的物理参数21–26，这些也在一定程度上影响着系统设计的方方面面，以及记录质量的好坏。
真正理解神经电生理会是一个漫长的过程，这个过程从信号采集到最终完成分析，涉及到材料学、电子电路、神经生物学、计算生物学、信号分析、概率论、线性代数、动力系统、深度学习等多方面的内容。本公众号也会以系列板块的形式从理论基础、手术实施、硬件选择、信号采集、数据分析、故障排除以及应用实例等方面进行描述。涉及到上述学科理论时，相关的资料和书籍工具亦会尽可能附在文末。
小编展望未来已来，期待我们的公众号在“在体神经电生理”甚至更广阔的科研领域能够给大家提供一个学习、交流和互动的平台。砥砺前行，我们将不断优化前进，争取以系列板块的形式推出优质文章，给大家以良好观感。
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