照射到小鼠大脑中的激光现在可以激活单个神经元，并改变动物的行为。科学家们已经使用这项技术来提高小鼠饮用奶昔的速度，但它也可能帮助研究人员以比目前可能的更精细的尺度绘制脑功能图。
加利福尼亚州斯坦福大学的神经科学家在小鼠身上进行了实验，这些小鼠经过基因工程改造，使其在称为眶额皮层的大脑区域中具有光敏神经元。该区域参与感知和对奖励做出反应。通过用激光照射特定的神经元，研究人员提高了小鼠消耗高热量奶昔的速度。这些结果于 11 月 12 日在加利福尼亚州圣地亚哥举行的神经科学学会年会上报告，首次说明了这项被称为光遗传学的技术可以通过激活一系列单个细胞来控制行为。
英国伦敦大学学院的神经科学家 Michael Häusser 说，光遗传学的一个目标是创建自动化系统，仅使用光来即时操纵大脑。这可以通过基因工程改造神经元来实现，使其包含一种蛋白质，这种蛋白质使细胞在被彩色闪光激活时放电，以及另一种蛋白质，这种蛋白质使细胞在放电时发出不同颜色的闪光。检测到第二种颜色的设备可以快速确定与某些行为相关的活动部位，并定制第一束光将刺激哪些细胞以做出反应。这样的系统可能能够改变将酒精与成瘾中的奖励联系起来的神经过程，或者将视觉触发器与创伤后应激障碍中的闪回联系起来的神经过程。
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这还需要超越当前光遗传学技术的精密度，因为当前技术会激活细胞簇。在某些情况下，仅激活一个神经元就可以改变动物的行为，因此意外地击中细胞的邻居可能会混淆绘制大脑图谱的努力。
激光聚焦
在小鼠实验中，由神经科学家 Joshua Jennings 和 Karl Deisseroth 领导的斯坦福团队通过一种装置发射激光，该装置将光散射成一种模式，以击中特定的神经元。
为了确保他们瞄准的细胞专门针对食物奖励，研究人员绘制了参与社交奖励的细胞图谱，这些细胞与卡路里奖励细胞混合在一起，但驱动非常不同的行为。他们允许一只幼鼠在显微镜内的管子中跑来跑去，并与正在成像大脑的小鼠碰鼻子，然后绘制当两只动物互动时哪些神经元做出反应。
当研究人员用高热量饮料重复第一个实验，但刺激社交神经元而不是食物奖励神经元时，小鼠继续以相同的速度舔水。该团队现在正试图确定，即使幼鼠不在场，激活社交神经元是否会使动物表现得好像它在感知信息素，例如，移动它的胡须。
纽约市哥伦比亚大学的神经工程师 Weijian Yang 说，行为改变是探索单细胞刺激潜力的重要一步。在会议上，他和神经科学家 Luis Carrillo Reid 提出了一种不同的行为改变方法，即人为地连接通常参与非常不同行为的神经元。这对搭档训练小鼠仅在看到屏幕上显示的特定图案时才舔舐奖励，并绘制了对图像做出反应的神经元和对奖励做出反应的神经元。
Carrillo Reid 说，使用光遗传学反复刺激这些不相关的神经元最终将导致它们同步放电，因此即使图案不存在，仅刺激其中一个神经元也会导致小鼠看到图案并舔舐。
Häusser 对这项工作印象深刻，并表示下一步是弄清楚正在改变的整个神经通路。弄清楚当小鼠的大脑受到刺激时会感知到什么也很重要，这样才能使任何改变都感觉尽可能自然。“全光学控制的真正潜力尚未被释放，”他说。
本文经许可转载，并于2016 年 11 月 17 日首次发布。