想象有一臺由860億個(gè)交換機(jī)組成的便攜式計(jì)算機(jī)，其復(fù)雜的通用智能足以構(gòu)建一個(gè)太空文明，但重量僅為1.2至1.3千克，功耗僅20瓦，并且移動(dòng)時(shí)會(huì)像果凍一樣抖動(dòng)。現(xiàn)在，人腦中就有這種機(jī)制。這是生物進(jìn)化的驚人成就。但我們并沒有相關(guān)藍(lán)圖。現(xiàn)在設(shè)想一下，要怎樣在無法觀察其微電路活動(dòng)的情況下，弄清楚這一生物電子學(xué)奇跡的工作原理。這就像要求微電子工程師在不使用數(shù)字邏輯探針的情況下，對最先進(jìn)處理器上運(yùn)行的架構(gòu)、微碼和操作系統(tǒng)進(jìn)行逆向工程，這幾乎是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)。因此，我們很容易理解為什么人類大腦（甚至是老鼠和更簡單生物的大腦）的許多運(yùn)作細(xì)節(jié)仍然如此神秘，甚至對神經(jīng)科學(xué)家來說也是如此。人們通常認(rèn)為技術(shù)屬于應(yīng)用科學(xué)，但腦科學(xué)研究本質(zhì)上屬于應(yīng)用傳感器技術(shù)。發(fā)明的每一種測量大腦活動(dòng)的新方法（包括頭皮電極、磁共振成像和植入大腦皮層表面的微芯片）都為了解我們所有器官中最復(fù)雜、最人性化的結(jié)構(gòu)帶來了重大幫助。大腦本質(zhì)上是一個(gè)電器官，這一事實(shí)加上它的膠狀稠度帶來了一個(gè)棘手的技術(shù)問題。2010年，我與霍華德?休斯醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）的頂尖神經(jīng)科學(xué)家開會(huì)探討了如何利用先進(jìn)的微電子技術(shù)發(fā)明一種新型傳感器。我們的目標(biāo)是：在任何給定的極少量腦組織中，同時(shí)監(jiān)聽成千上萬個(gè)神經(jīng)元之間的電對話。

霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所的高級科學(xué)家蒂莫西?D.哈里斯（Timothy D. Harris）告訴我，對于自由運(yùn)動(dòng)的動(dòng)物體內(nèi)局部神經(jīng)回路，“我們需要記錄每個(gè)神經(jīng)元的每一次尖峰?！边@意味著要打造一根長度足以到達(dá)這個(gè)思考器官任何部位的數(shù)字探針，且該探針要足夠細(xì)，在進(jìn)入過程中不破壞脆弱的組織。探針還需要非常耐用，以便在大腦指導(dǎo)身體完成復(fù)雜行為時(shí)，它能夠在數(shù)周甚至數(shù)月內(nèi)留在原處不動(dòng)并可靠地進(jìn)行記錄。

與4年前生產(chǎn)的最初系統(tǒng)相比，去年演示的2.0版本將傳感器數(shù)量增加了約1個(gè)數(shù)量級。它為未來的腦機(jī)接口鋪平了道路，也許能夠讓癱瘓的人以接近正常對話的速度進(jìn)行交流。3.0版本已在早期開發(fā)中，我們相信Neuropixels正站在能力指數(shù)級增長道路的起點(diǎn)，如同摩爾定律一樣。

兼容CMOS的直柄的彈性和腦組織的彈性相差千倍，這在我們的長期研究中提出了另一個(gè)重要問題：當(dāng)探針不可避免地相對于移動(dòng)的大腦變換位置時(shí)，要如何繼續(xù)跟蹤各個(gè)神經(jīng)元？神經(jīng)元大小為20～100微米，而每個(gè)方形像素（我們這樣稱呼電極）的直徑為15微米，小到足以記錄單個(gè)神經(jīng)元的孤立活動(dòng)。但經(jīng)過6個(gè)月的推擠，探針整體會(huì)在大腦內(nèi)移動(dòng)500微米。在這段時(shí)間內(nèi)，任一特定像素都可能會(huì)觀察到幾個(gè)神經(jīng)元出現(xiàn)又消失。