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精神控制

领先图像©Fergregory / Adobe Stock

卡尔·戴瑟罗斯曾在培养皿中用光控制脑细胞。现在,将近二十年过去了,他的新研究诡异地展示了更高层次的精神控制——用激光操纵活老鼠的大脑信号——不需要手术。

从在实验室中控制孤立的脑细胞到在活体动物中使用外科植入物,我们在操纵大脑模式方面已经取得了很大进展。

研究人员甚至预计人工经验在老鼠的大脑中使用一种叫做盗梦空间的技术——我的意思是光遗传学。

光遗传学是一种利用不同频率的光来控制转基因脑细胞的生物技术。修饰后的神经元含有一种称为视蛋白的光敏蛋白。光脉冲可以刺激视蛋白,而视蛋白反过来又能引起神经元放电或不放电。利用红外激光,科学家们可以攻击单个的脑细胞,并触发(或停止)大脑中的新模式。

换句话说:光+基因工程=精神控制。(至少,有一点点——在老鼠身上。)

其他研究人员已经使用光遗传学绘制了大脑回路,解码了导致疼痛的大脑信号,并找出了成瘾的密码。研究人员希望将从这种精神控制中获得的经验用于更好的用途——比如开发临床治疗方法,阻止癫痫发作,帮助治疗抑郁症等神经问题,或者控制帕金森病患者的颤抖。

这个实验

到目前为止,这项主要在老鼠身上进行研究的技术通常需要植入侵入性植入物或插入老鼠头骨的栓系纤维来将光脉冲发送到大脑。

今年4月,斯坦福大学的生物工程师Deisseroth通过在小鼠头骨上钻一个小孔,改变了小鼠癫痫发作的次数,并重新编程小鼠的大脑,使其表现出更大的社交倾向。

现在,Deisseroth将这项技术带入了一个新的水平。在一篇发表于自然生物技术他描述了一种不需要植入、不需要手术的方法。

研究小组用一种特殊的光照射老鼠的头骨,激活中脑7毫米深处的神经元。这是该技术第一次在没有手术干预的情况下控制脑细胞。

再一次,他们能够控制癫痫发作的老鼠,并促进社会行为。

Deisseroth能够改变小鼠癫痫发作的次数——只需要通过在颅骨上钻的一个小孔将光线照射进来。

神经元对光线没有自然反应。因此,光遗传学的一个重要组成部分就是基因工程——在大脑中植入一个视蛋白基因。

通常情况下,一种携带视蛋白基因的逆转录病毒直接用一根针注射到大脑中。但Deisseroth的团队想避免穿透大脑——即使是用针,报告IEEE频谱。因此,他们将一种改良的腺病毒注射到血液中,通过血脑屏障将视蛋白基因输送到大脑。

老鼠对猴子来说是一个巨大的飞跃

如何使细胞对光敏感已经在啮齿动物中建立起来,但在猴子中仍然无法预测。虽然7毫米的深度对于老鼠大小的大脑来说可能已经足够了,但科学家们还不能对较大灵长类动物的脑组织进行足够的研究,从而产生影响。

为了推动这一领域的发展,来自45个灵长类光遗传学实验室的科学家们正在联合起来创建非人类灵长类光遗传学开放数据库。这个开源数据库包含了成功和失败的细节——其中一些没有发表——因此研究人员可以相互学习,而不是继续重复发明轮子,报告科学。

宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)的神经科学家迈克尔·普拉特(Michael Platt)说,“我们意识到,在这个领域有一些研究尚未发表,人们尝试了不同的技术、不同的病毒载体,但从未报告过。”

尽管所有已经发表的作品都没有被收集到一个单独的数据库中。这就是Sébastien (Tremblay)带头进行的巨大努力的灵感来源。”特伦布莱是普拉特实验室的博士后研究员。

与此同时,Deisseroth的团队希望开发出一种细胞中含有一种名为铬的新视蛋白的小鼠品种。

“我们希望这将是一种广泛可用和适用的研究工具,”Deisseroth告诉IEEE Spectrum。“我们很高兴能与所有人分享这一能力。”

下一步:对鱼类进行非侵入性的精神控制,然后是非人类灵长类动物。

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