为实现更精确的大脑功能绘图，神经科学家长期依赖高分辨率成像及先进实验工具。其中，高密度硅探针（high-density silicon probes）是一种可插入脑组织的针状电极阵列，用于捕捉与神经元放电相关的电压变化。然而，这类探针多用于啮齿动物，对非人灵长类（Non-Human Primates, NHPs）如猕猴的应用效果有限。
近日，哥伦比亚大学医学中心与哥伦比亚大学的研究团队在Nature Neuroscience发表论文，展示了由IMEC研发的新一代Neuropixels 1.0 NHP探针，成功在猕猴等NHP中实现全脑范围、高分辨率的神经记录。
解决NHP神经记录技术瓶颈
论文第一作者Eric M. Trautmann表示，原版Neuropixels 1.0在啮齿动物研究中具有革命性意义，但因其探针长度仅10毫米、厚度仅24微米，难以穿透灵长类坚韧的硬脑膜（primate dura mater），且只能到达浅表脑区。现有的其他阵列要么通道数有限，要么只能固定在表层皮层。
Neuropixels 1.0 NHP探针则采用54毫米整体硅结构，其中探针柄（shank）长45毫米、宽125微米、厚90微米，并在尖端打磨出25°斜面，便于插入且减少组织损伤。全长分布4,416个记录点（pixels），分为11.5组（bank），每组384个通道，实验者可选择任一组进行同时记录。这一设计既增加了可达深度，也提高了多脑区同步记录的能力。
高密度与可扩展性优势
新探针延续了Neuropixels 1.0的低噪声可编程放大器和10位分辨率读出通道，采用130纳米SOI CMOS工艺。其可编程通道选择功能，使研究人员无需物理移动探针即可在全长范围内扫描神经活动。
制造上，由于探针尺寸超过常规光刻掩模（reticle）范围，IMEC团队采用了**“stitching”拼接技术**实现精确对齐，并在结构中加入应力补偿层以防弯曲。此外，内部金属走线加宽并增加间距，以降低电阻、热噪声及串扰。
多种实验验证潜力
研究团队在四类猕猴实验中验证了探针性能：
- 视觉皮层视网膜定位映射——实现跨多个皮层区、数千神经元的同时记录。
- 运动行为任务——在运动皮层、前运动皮层、苍白球内侧核等浅层与深层结构稳定记录，提高了运动力量预测精度。
- 深部面孔识别区记录——在深层颞下皮层面孔区，单次实验检测到数百个参与面孔识别的神经元，以往需数年才能完成。
- 决策行为神经动力学——在LIP和上丘（SC）区域的高密度单次试验记录揭示了累积证据信号的动态变化。
此外，高密度布局还使研究人员能够测量神经元对之间的spike-spike相关性，推测突触连接关系。
成本与未来发展
相比现有NHP神经记录系统，Neuropixels 1.0 NHP探针更具成本效益，整套系统价格约7,000–15,000美元，可显著降低大规模神经元记录的经济门槛。
Trautmann表示，团队下一步将探索半慢性植入（semi-chronic implantation）的可行性，以及集成交叉皮层微刺激（ICMS）的版本，以支持更多类型的神经科学实验。
该研究突破了大尺寸硅探针制造的多项工程难题，为在大型动物大脑中开展单神经元、单动作电位分辨率的全脑同步记录提供了可能。这一技术的推广或将显著推动感知、运动及认知过程的神经机制研究，并开启以往被视为不可行的实验范式。
参考文献：Eric M. Trautmann et al, Large-scale high-density brain-wide neural recording in nonhuman primates, Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-01976-5
