照射到小鼠大腦中的雷射現在可以啟用單個神經元，並改變動物的行為。科學家們已經使用這項技術來提高小鼠飲用奶昔的速度，但它也可能幫助研究人員以比目前可能的更精細的尺度繪製腦功能圖。
加利福尼亞州斯坦福大學的神經科學家在小鼠身上進行了實驗，這些小鼠經過基因工程改造，使其在稱為眶額皮層的大腦區域中具有光敏神經元。該區域參與感知和對獎勵做出反應。透過用雷射照射特定的神經元，研究人員提高了小鼠消耗高熱量奶昔的速度。這些結果於 11 月 12 日在加利福尼亞州聖地亞哥舉行的神經科學學會年會上報告，首次說明了這項被稱為光遺傳學的技術可以透過啟用一系列單個細胞來控制行為。
英國倫敦大學學院的神經科學家 Michael Häusser 說，光遺傳學的一個目標是建立自動化系統，僅使用光來即時操縱大腦。這可以透過基因工程改造神經元來實現，使其包含一種蛋白質，這種蛋白質使細胞在被彩色閃光啟用時放電，以及另一種蛋白質，這種蛋白質使細胞在放電時發出不同顏色的閃光。檢測到第二種顏色的裝置可以快速確定與某些行為相關的活動部位，並定製第一束光將刺激哪些細胞以做出反應。這樣的系統可能能夠改變將酒精與成癮中的獎勵聯絡起來的神經過程，或者將視覺觸發器與創傷後應激障礙中的閃回聯絡起來的神經過程。
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這還需要超越當前光遺傳學技術的精密度，因為當前技術會啟用細胞簇。在某些情況下，僅啟用一個神經元就可以改變動物的行為，因此意外地擊中細胞的鄰居可能會混淆繪製大腦圖譜的努力。
雷射聚焦
在小鼠實驗中，由神經科學家 Joshua Jennings 和 Karl Deisseroth 領導的斯坦福團隊透過一種裝置發射雷射，該裝置將光散射成一種模式，以擊中特定的神經元。
為了確保他們瞄準的細胞專門針對食物獎勵，研究人員繪製了參與社交獎勵的細胞圖譜，這些細胞與卡路里獎勵細胞混合在一起，但驅動非常不同的行為。他們允許一隻幼鼠在顯微鏡內的管子中跑來跑去，並與正在成像大腦的小鼠碰鼻子，然後繪製當兩隻動物互動時哪些神經元做出反應。
當研究人員用高熱量飲料重複第一個實驗，但刺激社交神經元而不是食物獎勵神經元時，小鼠繼續以相同的速度舔水。該團隊現在正試圖確定，即使幼鼠不在場，啟用社交神經元是否會使動物表現得好像它在感知資訊素，例如，移動它的鬍鬚。
紐約市哥倫比亞大學的神經工程師 Weijian Yang 說，行為改變是探索單細胞刺激潛力的重要一步。在會議上，他和神經科學家 Luis Carrillo Reid 提出了一種不同的行為改變方法，即人為地連線通常參與非常不同行為的神經元。這對搭檔訓練小鼠僅在看到螢幕上顯示的特定圖案時才舔舐獎勵，並繪製了對影像做出反應的神經元和對獎勵做出反應的神經元。
Carrillo Reid 說，使用光遺傳學反覆刺激這些不相關的神經元最終將導致它們同步放電，因此即使圖案不存在，僅刺激其中一個神經元也會導致小鼠看到圖案並舔舐。
Häusser 對這項工作印象深刻，並表示下一步是弄清楚正在改變的整個神經通路。弄清楚當小鼠的大腦受到刺激時會感知到什麼也很重要，這樣才能使任何改變都感覺儘可能自然。“全光學控制的真正潛力尚未被釋放，”他說。
本文經許可轉載，並於2016 年 11 月 17 日首次釋出。