看见机器人学习研究哺乳动物脑细胞的棘手技术

全细胞膜片钳电生理学或全细胞记录(WCR)是用于研究在不同大脑状态(例如压力或学习)下称为神经元的脑细胞行为的金标准技术。

该方法自20世纪70年代开发以来一直用于哺乳动物。它有助于科学家了解脑功能和脑紊乱，如阿尔茨海默氏症。他们通过观察活体哺乳动物大脑中单个神经元的电活动来建立其作为整个器官的功能的更大图景来实现这一点。该信息用于理解电功能在人脑疾病中的作用。

然而，由于设备的小规模和所涉及的细胞的微观性质，WCR在执行方面是众所周知的挑战。它还需要非常精确的运动才能找到神经元，然后准确记录它们的电流。因此，全世界只有少数实验室专门研究该技术。

现在，由伦敦帝国理工学院的Simon Schultz教授和Luca Annecchino博士领导的科学家团队首次开发了一种机器人和计算机程序，可以将称为微量移液器的微小测量装置引导到活鼠的大脑中的特定神经元并记录下来。电流，都没有人为干预。这是第一个报告完全自动化的平台。

资深作者Schultz教授说：“要把大脑理解为整个器官，我们需要知道神经元是如何工作和相互沟通的。神经元本身就是复杂的结构，利用电子和分子信号向邻近的神经元发送信息，大脑作为一个整体结构。神经元的行为也有所不同，取决于它们是否健康或由于某些脑部疾病而无法完全发挥作用.WCR技术是一种窃听这些细胞以及它们如何与邻居交流的方法。

“然而，肉眼无法看到的结构需要非常精确和准确的方法来测量它们。到目前为止我们已经成功地完成了这项工作，但现在我们已经教过机器人”看到“神经元并执行程序这意味着WCR现在可以在更大规模上进行，这可以加速我们对大脑及其疾病的学习。“

进行WCR的常规方法涉及科学家用荧光蛋白或染料标记特定神经元。他们通过引导机械臂到达神经元来实现这一目标。这是通过用填充有导电流体的移液管将电脉冲发送到大脑中来完成的。脉冲扩散到大脑中，直到微量移液管接近神经元，这产生电信号阻断，告诉人或机器人操作员何时停止移动微量移液管。

此时，微量移液管夹在细胞外部，使用抽吸脉冲脉冲穿透膜。然后它从神经元向上传导通过微量移液管的任何电信号，并通过导电流体传导到计算机中。

来自帝国生物工程系的Schultz教授的研究中报告的新方法和他的同事们展示了机器人如何在没有任何人为输入的情况下自动完成这项工作。

该团队将他们的技术与传统方法进行了比较，发现机器人比人类机器人更快，更准确。该研究结果发表在Neuron杂志上。

自动化可能意味着该技术可以在世界范围内更广泛地执行，甚至在没有该技术专业知识的实验室中也可以。

主要作者Annecchino博士说：“虽然这种方法已经存在了很多年，但我们人类仍然发现它很难完成。但是，它在教我们哺乳动物的大脑方面非常有价值，它是机器人的理想候选者。我们计划将该计划商业化，以便全世界的研究都能从中受益。“

接下来，研究人员将研究大脑回路如何被阿尔茨海默病中的淀粉样斑块所扰乱。Annecchino博士补充说：“最终，阿尔茨海默氏症的问题是由于个体脑细胞网络信息处理能力的变化所致。这正是我们可以用这种技术监测的。”