摘要：光遺傳學(xué)是我們這個(gè)年代的奇跡，神經(jīng)科學(xué)家們能利用光脈沖打開(kāi)或關(guān)閉腦細(xì)胞。但直到現(xiàn)在為止科學(xué)家們?nèi)悦媾R著一個(gè)顯而易見(jiàn)的難題：如何能將光脈沖輸送到藏在動(dòng)物頭蓋骨中的腦細(xì)胞里呢？

光遺傳學(xué)是我們這個(gè)年代的奇跡，神經(jīng)科學(xué)家們能利用光脈沖打開(kāi)或關(guān)閉腦細(xì)胞。但直到現(xiàn)在為止科學(xué)家們?nèi)悦媾R著一個(gè)顯而易見(jiàn)的難題：如何能將光脈沖輸送到藏在動(dòng)物頭蓋骨中的腦細(xì)胞里呢？

近日，斯坦福大學(xué)一組神經(jīng)科學(xué)家在 IEEE Spectrum 11 月刊上發(fā)文介紹了他們?cè)谀X機(jī)接口上的最新研究成果。Integrated Biomedical Systems 實(shí)驗(yàn)室的 Ada Poon與同事發(fā)明了一種微型的無(wú)線LED設(shè)備，該設(shè)備能完全被植入白鼠的皮膚下。白鼠在到處跑的時(shí)候，研究人員們能利用這一設(shè)備打開(kāi)光線，刺激白鼠的神經(jīng)元，讓人們可以通過(guò)無(wú)線的方式控制小鼠在籠子里的移動(dòng)方向。

研究者使用了植入在白鼠頭里面和腿部神經(jīng)上的 LED 設(shè)備來(lái)刺激經(jīng)過(guò)了基因修改的神經(jīng)元——這些神經(jīng)元會(huì)對(duì)閃光做出反應(yīng)。這種光遺傳學(xué)技術(shù)（optogenetic technology）可以讓研究者準(zhǔn)確控制某一組神經(jīng)元然后研究其結(jié)果。這些無(wú)線供電的植入物只有大約一顆胡椒大小，這種胡椒大小的設(shè)備只有之前的光遺傳學(xué)設(shè)備的 1%。我們的白鼠身上沒(méi)有線纜、電池或古怪的頭戴設(shè)備，所以它們可以自由地移動(dòng)——這是進(jìn)行常見(jiàn)的迷宮或游泳等測(cè)試的必備要求。新設(shè)備由一個(gè)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(xué)刺激脊髓和周?chē)窠?jīng)。研究人員指出利用現(xiàn)成組件和工具即可完成植入，他們希望科學(xué)界能盡快采用這一設(shè)備。

在過(guò)去五年內(nèi)，研究人員們一直在研究無(wú)線系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中將會(huì)由一個(gè)頭戴式設(shè)備接收信號(hào)來(lái)刺激或觸發(fā)植入LED。然而，某些接受裝置比白鼠的腦袋更重，同時(shí)它們還干預(yù)了白鼠的移動(dòng)及與其它白鼠交流的自由。這種直接的大腦控制曾經(jīng)只屬于科幻。但隨著光遺傳學(xué)這項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，我們可以使用光來(lái)啟動(dòng)腦細(xì)胞和激活特定的神經(jīng)回路，并觀察其對(duì)生物的生理和行為的影響。這種研究的目標(biāo)是為了通過(guò)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)更好的理解和這項(xiàng)技術(shù)可能的臨床應(yīng)用尋找其對(duì)醫(yī)學(xué)的好處。

為了解決追蹤問(wèn)題，研究人員開(kāi)始將一個(gè)無(wú)線電信標(biāo)或位置傳感器裝到白鼠的頭部或腳部，但是這些系統(tǒng)太復(fù)雜了。我在白鼠自己的體內(nèi)找答案。每一個(gè)物體在碰上特定頻率的電磁波時(shí)都會(huì)自然地產(chǎn)生共振，這是由物體的幾何結(jié)構(gòu)和材料屬性決定的。首先波能在白鼠圍欄的網(wǎng)格地板下面特定大小的諧振腔內(nèi)產(chǎn)生共振，這能使能量很巧妙地儲(chǔ)存下來(lái)。射頻波也會(huì)在白鼠體內(nèi)產(chǎn)生共振，所以白鼠接觸地板的每一點(diǎn)都允許能量流入白鼠的身體中，并經(jīng)過(guò)組織到達(dá)植入的接收線圈。我的團(tuán)隊(duì)使用計(jì)算機(jī)程序?yàn)榘资蟮纳眢w建立了一個(gè)模型，將白鼠們的平均形體、組織絕緣性能等信息插入進(jìn)去，然后我們使用模擬器解出這種實(shí)驗(yàn)白鼠的共振頻率。

如果我們能夠知道個(gè)人的記憶儲(chǔ)存在哪里，并且能夠使用工具找到方式接觸到它們，我們的工作就會(huì)直接影響到臨床研究?？梢詭椭茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致人類患病的相似模式，能讓這些病人記得更多有用的事情，比如說(shuō)在他們的生活中發(fā)生的一些大事兒，或者是他們所愛(ài)之人的臉龐。隨著光遺傳技術(shù)越來(lái)越發(fā)達(dá)，做出更加精細(xì)的大腦研究對(duì)我們來(lái)說(shuō)也變得越來(lái)越容易。