|
激發(fā)記憶、感覺(jué)或運(yùn)動(dòng)需要多少神經(jīng)元？神經(jīng)科學(xué)家們一直在努力用相對(duì)粗糙的方法來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題，這種方法使他們無(wú)法激活單獨(dú)選擇的腦細(xì)胞。然而，最近有兩個(gè)研究小組采用了光遺傳學(xué)--一種利用光刺激神經(jīng)元的技術(shù)--來(lái)精確地喚醒老鼠視覺(jué)皮層中的特定細(xì)胞。他們發(fā)現(xiàn)，僅僅對(duì)幾個(gè)神經(jīng)元進(jìn)行電擊，就能觸發(fā)與向動(dòng)物展示視覺(jué)模式相同的大腦活動(dòng)，并能讓它們做出類(lèi)似于看到這種模式的反應(yīng)。倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家Thomas Knopfel在談到這些新實(shí)驗(yàn)時(shí)說(shuō)：'本質(zhì)上，它們控制了大腦的內(nèi)部世界。''我們不知道引發(fā)人更復(fù)雜的思想、感覺(jué)或情感，需要多少細(xì)胞。'斯坦福大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家和精神病學(xué)家Karl Deisseroth說(shuō)道，他領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)新的研究于近日發(fā)表在《Science》雜志上，'但這很可能是一個(gè)少到令人驚訝的數(shù)字，盡管我們是在老鼠身上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。'圖片來(lái)源：https://cn.bing.comDeisseroth說(shuō)，這一觀察結(jié)果可能有助于解釋為什么混亂的狀態(tài)--幻覺(jué)、不想要的想法和有害的行為--在大腦中如此容易出現(xiàn)。單神經(jīng)元光遺傳學(xué)也許有一天會(huì)為研究人員指明有針對(duì)性的方法來(lái)消除這些狀態(tài)和治療腦部疾病的癥狀。神經(jīng)科學(xué)家們花了幾十年的時(shí)間來(lái)觀察當(dāng)老鼠大腦的某些部分被電極或最近的光遺傳學(xué)刺激時(shí)，它們的行為如何。在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)中，研究人員用擴(kuò)散的藍(lán)綠光脈沖喚醒特定細(xì)胞類(lèi)型的含視蛋白神經(jīng)元。但是Deisseroth的團(tuán)隊(duì)和其他人一直在用一種對(duì)紅光敏感的視蛋白和聚集、穿透力強(qiáng)的近紅外光更精確地利用光遺傳學(xué)。'想象大腦中的每個(gè)神經(jīng)元都像鋼琴上的一個(gè)鍵，'哥倫比亞大學(xué)(Columbia University)的神經(jīng)科學(xué)家Rafael Yuste說(shuō)。'你可以選擇打開(kāi)哪個(gè)神經(jīng)元。'在這兩項(xiàng)新的研究中，Deisseroth和Yuste的研究小組通過(guò)一種叫做空間光調(diào)制器的設(shè)備將激光束雕刻成全息圖，從而鎖定預(yù)定的細(xì)胞群。除了一種視蛋白基因，他們還注射了一種基因，這種基因的表達(dá)產(chǎn)物在神經(jīng)元激活時(shí)發(fā)出熒光，讓他們能夠辨別出哪些細(xì)胞是活躍的。他們?cè)谄聊簧舷蚶鲜笳故玖艘环N平行線漂移的模式，并訓(xùn)練它們當(dāng)這些平行線位于兩個(gè)方向(水平或垂直)之一，而不是另一個(gè)方向時(shí)，舔水嘴。他們發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞'調(diào)諧'后，會(huì)根據(jù)水平或垂直模式優(yōu)先觸發(fā)。圖片來(lái)源：https://cn.bing.comYuste的研究小組近日在《Cell》雜志上發(fā)表了他們的實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)屏幕上的豎條難以辨認(rèn)時(shí)，刺激兩個(gè)連接特別緊密的神經(jīng)元會(huì)讓老鼠更容易舔東西。在一些實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)屏幕上什么都沒(méi)有時(shí)，這種刺激甚至?xí)偈箘?dòng)物去舔。Yuste說(shuō)，研究結(jié)果支持了一個(gè)長(zhǎng)期存在的理論，即共同激活的神經(jīng)元群(而不是單個(gè)細(xì)胞)構(gòu)成了我們感知和記憶的基本構(gòu)件。柏林洪堡大學(xué)(Humboldt University)的神經(jīng)學(xué)家Michael Brecht說(shuō)，這仍然是一個(gè)有爭(zhēng)議的點(diǎn)。他說(shuō)，個(gè)體神經(jīng)元也有可能'只是做它們自己的事情，并以增量的方式對(duì)大腦功能做出貢獻(xiàn)'--細(xì)胞不需要形成這些特定的群體來(lái)共同代表體驗(yàn)。但Brecht指出，未來(lái)對(duì)精確觸發(fā)的神經(jīng)元的研究可能會(huì)解決整體的作用。與此同時(shí)，Deisseroth激活了比Cell研究中更多的垂直或水平調(diào)諧神經(jīng)元，并評(píng)估了小鼠是否能夠區(qū)分這兩種可能的感知。他們使用從單細(xì)胞海洋生物中新發(fā)現(xiàn)的一種基因，這種基因可以產(chǎn)生高度敏感的視蛋白。他們發(fā)現(xiàn)，將大約10到20個(gè)細(xì)胞按一種或另一種視覺(jué)模式進(jìn)行調(diào)整，可以提高老鼠分辨屏幕上越來(lái)越模糊的條形圖的能力。最終，單單這種刺激就能促使老鼠做出正確的'舔'或'不舔'決定。我們不可能知道老鼠是否真的'看到'了沒(méi)有的條狀物，但行為測(cè)試和成像都表明，'大腦正在做它在自然感知過(guò)程中所做的事情，' Deisseroth說(shuō)。位于巴黎的法國(guó)國(guó)家研究機(jī)構(gòu)CNRS下屬視覺(jué)研究所的物理學(xué)家Valentina Emiliani表示，現(xiàn)在就說(shuō)光遺傳刺激能夠完全重建真實(shí)的視覺(jué)似乎還為之過(guò)早，因?yàn)檫@比簡(jiǎn)單的移動(dòng)棒要復(fù)雜得多。不過(guò)，她表示，令人興奮的是，敲擊幾個(gè)神經(jīng)元就能喚起與視覺(jué)有關(guān)的整個(gè)大腦活動(dòng)模式。 圖片來(lái)源：https://cn.bing.com
|
