馬薩諸塞州梅德福——它們看起來就像漂浮在水中的灰黑色庫斯庫斯顆粒。
但它們實際上是非洲爪蛙的雛形，帶有微小的斑點，這些斑點將成為眼睛。“這些小豆子就是我進行手術的物件，”塔夫茨大學艾倫發現中心的博士後研究員道格拉斯·布萊克斯頓說，他舉起一個培養皿。
週四，布萊克斯頓發表了他幾年來的微觀手術結果，發現非常奇特：如果你將一隻眼睛移植到蝌蚪的尾巴上，這個器官——儘管位置不正確——可以讓動物看到東西。
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誠然，人類不可能透過爪蛙的眼睛來看東西，在這種情況下，布萊克斯頓和他的實驗室主任邁克爾·萊文主要測試的是蝌蚪是否能感知運動和彩色光。但他們說，他們的研究不僅對科學家恢復視力的能力有影響；它還揭示瞭如何將植入物和移植體連線到身體自身的線路。
“你植入這些器官，但你希望它們在功能上與宿主的神經系統整合在一起，否則它們將無法工作，”萊文說，他是週四發表在《自然再生醫學》雜誌上的一篇論文的主要作者。他想知道，是否必須“連線起每個神經元”，或者是否可以利用神經系統適應和自我重組的自然能力？
為了瞭解我們的感覺系統有多麼可塑——並嘗試找到讓盲人重見光明的方法——科學家們已經將視覺資訊重新引導到通常用於觸覺的通道中。萊文將由此產生的技術稱為“電動棒棒糖”：它涉及一個將影像轉換成微小電荷的攝像頭。除了指尖和舌頭之外，身體上很少有區域對這些微小的電脈衝的細微差異足夠敏感，因此患者將裝置放在嘴裡。經過訓練，他們能夠感覺到面前物體的形狀和位置，以至於通常與視覺相關的大腦區域會被啟用。
“如果我把球扔過桌子，而你透過攝像頭和舌頭看著，你可以抓住它，並且可以在幾個小時內學會，”威斯康星大學麥迪遜分校觸覺交流和神經康復實驗室的神經科學家尤里·丹尼洛夫說，他曾廣泛研究過該裝置。
但布萊克斯頓和萊文想看看他們是否可以使移植的眼睛產生一個與中樞神經系統相連的神經網路。幾年前，他們發現可以透過擺弄細胞中的電荷來促進神經生長。但是，他們是否可以用藥物達到類似的效果？
為了找出答案，布萊克斯頓首先用鑷子取出了一些早期蝌蚪的眼睛。然後，他在即將成為尾巴的地方開了小口子——“這些是胚胎，所以它們是橡皮泥的質地，”他解釋說——並將另一隻蝌蚪的眼睛放入每個小口子中。
“一切都癒合在一起了，傷口在 10 到 15 分鐘內就看不見了，”布萊克斯頓說。“你甚至看不出你在哪裡做了手術。”
然後他讓它們生長。一些蝌蚪服用了一種名為佐米曲普坦的人類偏頭痛藥物，研究人員認為這種藥物可能會促進神經生長；其他蝌蚪只是被放在普通的鹽水中。
但是，蝌蚪並不擅長回答關於它們能看到什麼的問題。相反，研究人員為兩棲動物建立了一個心理學實驗室。它看起來有點像一個黑盒子，魔術師可能會在裡面把助手切成兩半。頂部是一系列蝌蚪可以游泳的隔間。當科學家們蓋上蓋子時，燈光從上方照射到動物身上，它們的運動由下方的攝像頭跟蹤。
透過程式設計讓電擊在紅色閃爍時啟動，研究人員可以訓練蝌蚪將這種顏色與疼痛聯絡起來。然而，只有那些能夠看到顏色的蝌蚪才會接受訓練，並會從紅光游到藍光中。
像正常的、能看見的蝌蚪一樣，那些接受移植和藥物治療的蝌蚪能夠檢測到紅色，並且會扭動身體進入另一塊顏色區域。它們也能夠跟隨移動的三角形，當形狀改變方向時，它們也會改變方向，就像它們與一群蝌蚪一起游泳一樣。
然而，沒有接受藥物治療的移植動物表現不佳。
取出眼睛的蝌蚪經過了改造，因此從移植的器官生長出來的任何神經在某些條件下都會發出鮮豔的紅色。當布萊克斯頓將接受過藥物治療的蝌蚪放在顯微鏡下的熒光燈下時，他看到它們的尾巴被紅色的觸鬚點亮：它們是將資訊傳送到中樞神經系統的新神經。當他對未接受藥物治療的蝌蚪做同樣的事情時，他可以看到移植的眼睛中的神經元發出紅色，但它們很少發出新的神經。
“這裡的新發現是……一個沒有與中樞神經系統正確連線的眼睛仍然提供了一種感官輸入，動物可以用它來定位自己，”愛荷華大學的生物學家伯恩德·弗裡茨奇說，他做過類似的實驗。
威斯康星州的神經科學家丹尼洛夫不相信這一發現很快就能轉化為人類的應用。
布萊克斯頓和萊文知道這還沒準備好在人類身上進行嘗試。但令他們興奮的是，一種已經用於治療偏頭痛的藥物似乎有助於神經從植入物中生長出來，而不會干擾身體中的其他神經。目前，它只在蝌蚪身上起作用，但這只是一個開始。