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神經科學家擁有了可遙控大腦的光神經開關

時間:2015-09-18 00:35來源:網絡 作者:未知 點擊:
光遺傳學是我們這個年代的奇跡,神經科學家們能利用光脈沖打開或關閉腦細胞。但直到現在為止科學家們仍面臨著一個顯而易見的難題:如何能將光脈沖輸送到藏在動物

桃子 @ 2015.08.21 , 01:20 pm

神經科學家擁有了可遙控大腦的光神經開關

光遺傳學是我們這個年代的奇跡,神經科學家們能利用光脈沖打開或關閉腦細胞。但直到現在為止科學家們仍面臨著一個顯而易見的難題:如何能將光脈沖輸送到藏在動物頭蓋骨中的腦細胞里呢?

神經科學家擁有了可遙控大腦的光神經開關

如今我們已從斯坦福大學實驗室的Ada Poon那里得到了最好的回答。她與同事發明了一種微型的無線LED設備,該設備能完全被植入白鼠的皮膚下。白鼠在到處跑的時候,研究人員們能利用這一設備打開光線,刺激白鼠的神經元,使其表現或多或少有些失常。這一研究被發表在《自然方法》上,比起先前使用有線或笨重的頭戴設備來激活光開關技術,這一系統似乎有了質的飛躍。

這一技術利用了在遺傳上發生改變的、能對光做出反應的神經元,此類神經元常常引進了一株綠藻上的基因。研究人員們能夠控制小白鼠大腦中含有光敏感神經元的部位,同時他們得以通過激活此類神經元(本質為打開或關閉此類神經元)來研究大腦該區域的功能,并觀察白鼠的行為表現??茖W家們利用這種方法可以了解基本的大腦解剖或研究人類腦部疾病中的機能失調。

第一個光遺傳學系統利用光纖電纜來運輸光線,這意味著白鼠頭部會有電線穿過,無法四處移動。在過去五年內,研究人員們一直在研究無線系統,在該系統中將會由一個頭戴式設備接收信號來刺激或觸發植入LED。然而,某些接受裝置比白鼠的腦袋更重,同時它們還干預了白鼠的移動及與其它白鼠交流的自由。

神經科學家擁有了可遙控大腦的光神經開關

新設備由一個電力接收線圈、芯片和LED組成,其重量在20-50毫克之間(一只小白鼠的頭重約2克)。它的小體積意味著它不僅能被植入大腦,還能被植入脊椎或四肢,允許研究人員們利用光遺傳學刺激脊髓和周圍神經。研究人員指出利用現成組件和工具即可完成植入,他們希望科學界能盡快采用這一設備。

在Ponn的系統中,白鼠將被置于一個名為共振腔的小型腔室中。植入物的電力接收線圈與腔室中的電磁場共鳴時能提取射頻能量。由于白鼠在腔室里任何地方接收到的能量均相同,因此沒必要設置帶有指向天線的追蹤系統。

研究人員們建造好這一系統之后,他們實施了三場概念驗證實驗來展示它刺激大腦、脊髓神經和周圍神經的能力。在大腦中,他們刺激了白鼠右邊前運動皮層,導致白鼠在腔室內繞圈行走。在脊椎中,他們發現刺激脊髓神經上方能更好地影響白鼠神經元的活動。

神經科學家擁有了可遙控大腦的光神經開關

最后,對于周圍神經系統,研究人員們將LED設備植入了白鼠的后肢,刺激其后肢中的痛覺神經。他們將白鼠置于一個兩腔室結構中,白鼠接收刺激時可以自由地在一個共振腔和一個“安全”腔室中自由移動。當光被打開時,白鼠會走入它們不會感覺到疼痛的腔室中。

這些實驗的重點并不是傷害白鼠,而是為了強調神經科學家們研發出了一款很酷的新工具,也擁有了解開大腦之謎的新方法。

[桃子 via IEEE]

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