精准定位的脑刺激探索知觉与幻觉的根源

原标题：精准定位的脑影响 探究感觉与错觉的本源

来历：我国生物技能网

研讨人员运用空间光调制器（上图）将激光束转换为全息图，影响小鼠大脑中的特定神经元。图片来历：SEAN QUIRIN, JAMES MARSHEL, CEPHRA RAJA, AND KARL DEISSEROTH/STANFORD UNIVERSITY

需求多少神经元才干触发一次回忆、一次感觉或许一个动作呢？神经科学家们一向在尝试用相对粗糙的办法答复这个问题，但无法该办法无法触发特定的脑细胞。可是最近，有两个研讨团队采用了光遗传学精确唤醒了小鼠视觉皮层中的特定细胞。他们发现，仅影响少数神经元就能触发与向动物展现图画相同的大脑活动，并且能够使它们做出反响，就好像小鼠真的看到了图画相同。英国帝国理工学院的神经科学家Thomas Kn?pfel在谈到这些新试验时说：“本质上，他们操控了大脑的内部国际。”

美国斯坦福大学的神经科学家和精神病学家Karl Deisseroth说：“咱们不知道需求多少大脑细胞的参加才干触发愈加杂乱的人类思想、感官体会或情感，可是依据咱们对小鼠的研讨成果，好像需求的细胞并不多。” Deisseroth是其间一项新研讨的负责人，他的这项研讨近来已宣布在《Science》上。

Deisseroth说，这项研讨有助于解说为什么紊乱的状况（错觉、无用主意和有害行为）很简略在大脑中构成。针对单个神经元的光遗传学技能有朝一日可认为研讨人员供给高度针对性的办法来消除这些紊乱状况，包含医治大脑疾病。

神经科学家们现已花了几十年的时刻调查当小鼠的大脑部分遭到电极或光遗传学影响时的行为，光遗传技能将一种编码视蛋白（对光灵敏的蛋白质）的基因引进到神经元中。在大部分试验中，研讨人员运用漫射的蓝绿色光脉冲唤醒特定细胞类型的视蛋白神经元。但Deisseroth的团队一向致力于运用红光灵敏的视网膜和近红外激光的锋利穿透光束，让光遗传影响愈加精准。

哥伦比亚大学的神经科学家Rafael Yuste是此类试验的前驱，他说：“幻想一下大脑中的每一个神经元就像是钢琴上的一个琴键，你能够挑选翻开哪个神经元。”

小鼠在看到屏幕上的这两种图画之一时，显微镜记录了哪些神经元对该图画有反响。

研讨人员运用光来精准激活小鼠视觉皮质中的神经元，从头发明参加特定形式的大脑活动。小鼠的行为就好像看到图画相同，可是屏幕上什么也没有。

在这两项研讨中，Deisseroth和Yuste的团队运用空间光调制器将激光束雕琢成全息图，来瞄准预订的细胞群。除了视蛋白基因之外，他们还引进了一种基因，该基因编码的分子在神经元宣布脉冲时会发生荧光，然后协助他们确认哪些细胞是活泼的。他们运用显示器向小鼠展现缓慢移动的平行线，并练习它们当这些线出现水平或笔直方向时舔一下喷水嘴。他们确认，经过练习的小鼠在看到水平或笔直的线时，它们的神经细胞更倾向于开释脉冲。

Yuste近来在《Cell》上宣布了他们的试验。该研讨发现，当屏幕上的线条难以辨认时，只需影响两个衔接严密的神经元就能够使小鼠更简略发生舔的行为。在一些试验中，这种影响乃至会使小鼠在屏幕上什么都没有的时分发生舔的行为。

Yuste说，这些成果证明了一条长期存在的理论，即一起激活的神经元群(而不是单个细胞)构成了咱们感知和回忆。柏林洪堡大学的神经科学家Michael Brecht说：“这仍然是一种存在争议的观念。很有或许起效果的是单个神经元，它们只不过是在做自己的工作，并以增量的方法对大脑功用做出奉献，神经细胞没有必要构成这些所谓的集体才干一起地代表经历。”可是Brecht指出，未来对精确触发神经元的研讨或许会处理全体效果。

与此同时，Deisseroth团队激活了更多的笔直或水平调谐的神经元，并评价了小鼠是否能区别这两种或许的感知。研讨人员运用新发现的一种单细胞海洋生物的基因，该基因能发生高度灵敏的视蛋白。他们发现，影响大约10至20个受其间一种视觉形式影响的神经细胞能够增强小鼠区分屏幕上越来越含糊线条的才能。终究，独自施加这种影响就能促进小鼠做出精确的“舔”或“不舔”的决议方案。

Deisseroth说：“咱们无法知道小鼠是否实在地‘看到’了消失的线条，可是行为测验和大脑成像都标明，其大脑正在做它在天然感知进程中所做的工作。”

法国国家研讨机构（CNRS）隶属视觉研讨所的物理学家Valentina Emiliani表明，现在宣称光遗传影响能够彻底重建实在的视觉还为时过早，并且实在的视觉比看到简略的移动线条要杂乱得多。尽管如此，她说：“影响几个神经元就能引发与视觉相关的整个大脑活动形式，这还是十分令人兴奋的。”

Deisseroth和Yuste的试验室现在方案运用单个神经元光遗传学来寻觅更杂乱行为的神经元 ，包含大脑疾病的症状。Yuste启动了一些运用小鼠的试验，旨在经过影响不像健康小鼠那样活泼的患病小鼠模型的神经元群，来反转精神分裂症和阿尔兹海默症。

参考文献：

1. Pinpoint brain stimulation probes perception

DOI: 10.1126/science.365.6450.209

2. Bilirubin links Heme metabolism to Neuroprotection by Scavenging Superoxide

DOI: 10.1016/j.cell.2019.05.045

责任编辑：