光子技術(shù)可以控制大腦的活動(dòng)和不安障礙

能夠高度精確地控制神經(jīng)元
到目前為止,要刺激特定的神經(jīng)元,通常只能依靠電脈沖這種不精確和難以控制的技術(shù)。光遺傳學(xué)技術(shù)使研究人員在使用新的光控制方法刺激神經(jīng)元的同時(shí),還可以按照意愿控制神經(jīng)元的開關(guān)。
在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中,研究人員首先將這些鼠神經(jīng)元改造成對(duì)光非常敏感,然后通過(guò)植入的光纖,用藍(lán)光照亮位于大腦杏仁核區(qū)域的特定神經(jīng)電路。杏仁核是大腦中應(yīng)對(duì)恐懼、侵略等基本情緒的核心部分,也是嚙齒類動(dòng)物控制不安的部分。結(jié)果顯示,這些原本因恐懼而退縮到角落的小鼠開始勇敢地探索周圍的環(huán)境。
實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)單:首先,生物學(xué)家必須確定視蛋白。這是存在于綠藻等感光生物體內(nèi),可以檢測(cè)到光的蛋白。其次,分離看蛋白的基因,利用轉(zhuǎn)基因處理的無(wú)害病毒作為載體,將基因插入腦神經(jīng)元,看蛋白的DNA(DNA)成為腦神經(jīng)元的遺傳物質(zhì)的一部分。最后,研究人員精巧地將薄光纖穿過(guò)層層神經(jīng)組織,將光線送到正確的位置。這些表現(xiàn)蛋白的轉(zhuǎn)基因神經(jīng)元暴露在光照下,可以傳導(dǎo)電流(即腦語(yǔ)言)。一些視覺蛋白,如響應(yīng)藍(lán)光的光敏蛋白可以激活神經(jīng)元,而響應(yīng)黃光的鹽細(xì)菌視覺紫紅質(zhì)等其他視覺蛋白可以抑制神經(jīng)元,因此神經(jīng)元的開合可以人為控制。
在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中,研究人員擴(kuò)大了光束照射的范圍,激活了鼠腦杏仁核區(qū)域更多的神經(jīng)電路。結(jié)果發(fā)現(xiàn),以前的實(shí)驗(yàn)消失了老鼠勇敢的效果,老鼠還處于膽小、精神緊張的狀態(tài)。這意味著,激活多個(gè)神經(jīng)回路并沒有對(duì)動(dòng)物的行為產(chǎn)生影響,這凸顯出瞄準(zhǔn)大腦中單個(gè)回路的重要性,而目前缺乏針對(duì)性并且常常會(huì)產(chǎn)生副作用的藥物治療也可能在某種程度上彼此相克。
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