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激發(fā)記憶、感覺或運動需要多少神經(jīng)元？神經(jīng)科學(xué)家們一直在努力用相對粗糙的方法來回答這個問題，這種方法使他們無法激活單獨選擇的腦細(xì)胞。然而，最近有兩個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)--來精確地喚醒老鼠視覺皮層中的特定細(xì)胞。他們發(fā)現(xiàn)，僅僅對幾個神經(jīng)元進行電擊，就能觸發(fā)與向動物展示視覺模式相同的大腦活動，并能讓它們做出類似于看到這種模式的反應(yīng)。倫敦帝國理工學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家Thomas Knopfel在談到這些新實驗時說：'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說道，他領(lǐng)導(dǎo)的一個新的研究于近日發(fā)表在《Science》雜志上，'但這很可能是一個少到令人驚訝的數(shù)字，盡管我們是在老鼠身上進行的實驗。'Deisseroth說，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、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)也許有一天會為研究人員指明有針對性的方法來消除這些狀態(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間來觀察當(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，它們的行為如何。在大多數(shù)實驗中，研究人員用擴散的藍綠光脈沖喚醒特定細(xì)胞類型的含視蛋白神經(jīng)元。但是Deisseroth的團隊和其他人一直在用一種對紅光敏感的視蛋白和聚集、穿透力強的近紅外光更精確地利用光遺傳學(xué)。'想象大腦中的每個神經(jīng)元都像鋼琴上的一個鍵，'哥倫比亞大學(xué)(Columbia University)的神經(jīng)科學(xué)家Rafael Yuste說。'你可以選擇打開哪個神經(jīng)元。'在這兩項新的研究中，Deisseroth和Yuste的研究小組通過一種叫做空間光調(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，這種基因的表達產(chǎn)物在神經(jīng)元激活時發(fā)出熒光，讓他們能夠辨別出哪些細(xì)胞是活躍的。他們在屏幕上向老鼠展示了一種平行線漂移的模式，并訓(xùn)練它們當(dāng)這些平行線位于兩個方向(水平或垂直)之一，而不是另一個方向時，舔水嘴。他們發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞'調(diào)諧'后，會根據(jù)水平或垂直模式優(yōu)先觸發(fā)。Yuste的研究小組近日在《Cell》雜志上發(fā)表了他們的實驗，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)屏幕上的豎條難以辨認(rèn)時，刺激兩個連接特別緊密的神經(jīng)元會讓老鼠更容易舔東西。在一些實驗中，當(dāng)屏幕上什么都沒有時，這種刺激甚至?xí)偈箘游锶ヌ颉?/span>Yuste說，研究結(jié)果支持了一個長期存在的理論，即共同激活的神經(jīng)元群(而不是單個細(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，這仍然是一個有爭議的點。他說，個體神經(jīng)元也有可能'只是做它們自己的事情，并以增量的方式對大腦功能做出貢獻'--細(xì)胞不需要形成這些特定的群體來共同代表體驗。但Brecht指出，未來對精確觸發(fā)的神經(jīng)元的研究可能會解決整體的作用。與此同時，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個細(xì)胞按一種或另一種視覺模式進行調(diào)整，可以提高老鼠分辨屏幕上越來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'了沒有的條狀物，但行為測試和成像都表明，'大腦正在做它在自然感知過程中所做的事情，' Deisseroth說。位于巴黎的法國國家研究機構(gòu)CNRS下屬視覺研究所的物理學(xué)家Valentina Emiliani表示，現(xiàn)在就說光遺傳刺激能夠完全重建真實的視覺似乎還為之過早，因為這比簡單的移動棒要復(fù)雜得多。不過，她表示，令人興奮的是，敲擊幾個神經(jīng)元就能喚起與視覺有關(guān)的整個大腦活動模式。
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