在大腦緊密交織的網路中，牽動一根神經元線索可能會解開許多回路。因此，《自然》雜誌 12 月 9 日發表的一篇論文的作者警告說，諸如光遺傳學（用光啟用神經元以控制大腦回路）和藥物操縱等技術可能會導致研究人員得出不必要的結論。
哈佛大學（位於馬薩諸塞州劍橋市）的神經科學家 Bence Ölveczky 和他的團隊在對大鼠和斑胸草雀的研究中發現，刺激大腦的某一部分以誘導某些行為可能會導致其他不相關的部分同時放電，從而讓人覺得這些迴路也參與了該行為。
Ölveczky 表示，實驗表明，雖然光遺傳學等技術可能表明某個迴路可以執行某種功能，但它們不一定表明該回路通常執行該功能。“我不是想說其他研究是錯誤的，而是存在過度解讀的危險，”他說。
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即興實驗
Ölveczky 和他的同事在研究他們訓練以特定模式按壓槓桿的大鼠時，偶然發現了這些差異。他們將一種名為蠅蕈醇的藥物（可暫時關閉神經元）注射到與爪子運動有關的運動皮層的一部分。這些動物不再能夠執行該任務，這可能被認為是該大腦區域的神經元對於其執行是必要的證據。
但是 Ölveczky 在注射藥物時意外損壞了一隻動物的運動皮層。他決定使用毒素永久性地破壞大腦的這一部分，以檢視這種損傷是否會產生與暫時性中斷相同的效果。當研究人員在十天後測試這隻大鼠時，他們驚訝地發現，儘管自從損傷發生以來它一直沒有執行該任務，但它仍然可以正確地按壓槓桿。這一觀察結果表明，受損的迴路最初從未真正參與該行為；在沒有練習的情況下，大腦無法簡單地切換到使用不同的迴路。研究人員得出結論，他們的蠅蕈醇實驗關閉了多個迴路，其中一些迴路參與了按壓槓桿的行為。
當研究人員用更多大鼠重複實驗時，臨時性和永久性操縱之間的差異仍然存在。研究小組將光敏蛋白插入運動皮層，這些蛋白在被光觸發時會放電，並發現這種光遺傳學操縱也損害了大鼠在槓桿任務中的表現。
困惑的鳥類
研究人員接下來轉向斑胸草雀，由於這種鳥類在生命早期就具有學習求偶歌曲的能力，因此它們的大腦已經被很好地繪製出來。Ölveczky 和他的同事使用蠅蕈醇暫時關閉了鳥類大腦中一個稱為介面核 (Nif) 的區域。Nif 本身對於鳥鳴不是必需的——即使 Nif 被永久性破壞，鳥類仍然可以唱歌——但它連線到對唱歌至關重要的神經元。
當研究人員暫時滅活 Nif 時，鳥類的歌曲失去了結構並被破壞。Ölveczky 認為，大腦的各個區域是如此緊密地交織在一起，以至於突然改變一個區域（例如 Nif）會向系統的其餘部分發送漣漪，從而影響通常不依賴於該區域的行為。
杜克大學（位於北卡羅來納州達勒姆）研究鳴禽的神經生物學家 Richard Mooney 對這種現象可以在多個物種中得到證實印象深刻。“我認為這是一項非常重要且及時的研究，”他說。鑑於許多實驗都建立在關於參與某種行為的迴路的現有知識之上，他告誡說，實驗科學家在使用瞬時技術來繪製大腦中全新的迴路時應格外小心。
“這項研究很好地提醒我們，沒有完美的技術，”加州大學舊金山分校的神經科學家 Evan Feinberg 說。
加利福尼亞州斯坦福大學的光遺傳學先驅 Karl Deisseroth 說，他對永久性和暫時性操縱會引起不同的行為影響並不感到驚訝。他說，由於大腦是一個動態系統，並且在不同的時間尺度上執行，因此任何型別的操縱都可能只顯示圖片的一部分。
“就像任何鋒利的工具一樣，你必須小心使用它，”Ölveczky 說。“它越鋒利，你就越要小心。”
本文經許可轉載，並於 2015 年 12 月 9 日首次發表。