Mikroelektroda zavedená do mozkové tkáně dokáže izolovat akční potenciály jednotlivých neuronů. Tato technika záznamu jednotlivých neuronů poskytuje nejpřímější měření buněčného výstupu a je základem systémové neurovědy.

Korelací aktivace neuronu se senzorickými podněty, behaviorálními událostmi nebo aktivitou jiných buněk vědci odvozují informace, které neuron kóduje. Klasické objevy – orientační selektivita ve zrakové kůře, lokalizační buňky v hipokampu, zrcadlové neurony v premotorické kůře – vzešly ze studií s jedním prvkem. Metodu lze použít u anestetizovaných nebo bdělých, chujících se zvířat a za zvláštních okolností i u lidských chirurgických pacientů.

Mezi moderní varianty patří víceelektrodové systémy, které odebírají vzorky z desítek nebo stovek jednotek současně, a juxtacelulární záznam, který umožňuje značení zaznamenané buňky. Mezi omezení patří obtížnost identifikace typu buňky pouze z extracelulárních průběhů a řídký vzorkovací proces v dané oblasti. Navzdory vzestupu optických metod zůstává záznam z jedné jednotky bezkonkurenční, pokud jde o časovou přesnost a analýzy načasování spike.

• Zaznamenává akční potenciály z jednotlivých neuronů
• Spojuje buněčnou aktivitu se podněty nebo chováním
• Základ mnoha objevů na systémové úrovni
• Nyní často kombinováno s víceelektrodovými poli