让培养的神经网络执行有反馈的外部任务
2025 年 6 月 17 日，Communications Biology 发表神经微生理系统药物研究。Cortical Labs 与莫纳什大学（Monash University）等机构团队结合人源神经元、微电极阵列和虚拟任务，研究药物能否改变可量化的功能表现。
研究使用人诱导多能干细胞衍生的神经元，培养体系以谷氨酸能细胞为主，并加入星形胶质细胞。MAP2、TUJ1、SYN1、PSD-95 和 VGLUT2 等检测支持其神经元、突触及谷氨酸能特征，电生理记录显示较强的自发放电和同步活动。
在虚拟球拍任务中，DishBrain 系统记录神经活动，任务状态则通过刺激反馈给培养细胞。输入、神经响应和任务变化形成闭环，使研究能够比较处理前后网络如何响应持续信息。
3 种药物分别改变网络活动
团队比较苯妥英、吡仑帕奈和卡马西平，设置不同药物条件与未处理对照。研究同时记录放电频率、放电间隔、变化幅度和网络爆发状态。
在所测试条件下，较高浓度的卡马西平显著降低放电活动，其他药物对平均频率没有同样显著影响。它们仍可改变其他活动特征。
进一步按爆发规模分析后，3 种药物均使小规模爆发数量减少。较大规模爆发的变化则依赖药物和记录状态：卡马西平与苯妥英在任务期降低了这类爆发，苯妥英与吡仑帕奈在静息期也表现出相应减少。
3 种药物的作用靶点不同：吡仑帕奈作用于 AMPA 型谷氨酸受体，苯妥英和卡马西平作用于电压门控钠通道。研究利用这些已知药理作用，比较兴奋性降低是否同时伴随任务表现改善。
球拍任务表现与随时间的变化
任务评价包括每回合平均成功击球次数、命中与失误之比，以及发球后立即失误的回合比例。
卡马西平在所测试的较高浓度下增加击球次数、延长回合，并减少发球后立即失误，其他处理没有呈现相同效果。作者将其与谷氨酸能高活动的减弱联系起来，但此次改善的效应量比团队以往研究小。
每次闭环任务持续 15 分钟，研究分别分析前后两段记录。高浓度卡马西平组在这一时间比较中出现平均成功击球次数的改善；未处理组未显示显著的随时间改善。
临界动力学与功能连接网络分析
研究通过神经活动“雪崩”的分布和分支关系分析临界动力学，考察网络是否接近输入既不过度衰减也不过度放大的状态。对照和给药组均缺少稳定的临界动力学表现，仅部分指标出现小幅变化；命中与失误之比与形状塌缩误差呈负相关。
另以通道间电活动的相关性构建功能连接网络，比较静息、任务开始及任务后段。完整阵列具有 1,024 个通道，研究还选出 30 个代表性通道，分析连接权重、聚类和模块化程度随时间的变化。
苯妥英和吡仑帕奈组在任务初期出现的部分网络变化，随后较快回到静息时的水平；卡马西平组未出现同样的回归。这种差别在完整阵列和代表性通道网络中均有分析。
放电、网络与闭环任务的多层次药物评价
该二维培养主要由一种兴奋性神经元构成，缺少中间神经元及适当的兴奋—抑制平衡，限制了其对临床癫痫复杂活动的模拟。作者提出，患者遗传背景相关模型及更多作用机制的药物仍需验证，功能连接指标的临床前预测价值也尚未确定。
持续记录还受到装置发热影响：蒸发、渗透压变化及刺激电极附近的电化学效应会损害细胞健康，限制目前的测试时长。延长可稳定观察的时间，是进一步解释网络变化和药物作用的前提。