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操纵神经细胞可使小鼠看到不存在的东西

将激光对准老鼠的大脑可以使它们“看到”实际上并不存在的线条。该结果在《科学》杂志上进行了描述,代表科学家们首次通过实验室的手段创造出一种特殊的视觉感知。

纽约市Weill Cornell Medicine的神经科学家和精神病医生Conor Liston说,这项工作“技术上令人赞叹”。“我认为该领域的每个神经科学家都会对此感兴趣。”监视和控制神经细胞或神经元的精确集合的能力可以帮助解决一些重大问题,包括某些神经元群体如何创造经验。

该实验使用了光遗传学技术,其中激光可以激活大脑中的神经元(SN:1/30/10,第18页)。对神经元进行了基因调整,使其携带一种蛋白质,该蛋白质可促使它们响应光线而发送信号。

神经遗传学家,精神病学家卡尔·戴瑟洛斯(Karl Deisseroth)说,当光遗传学大约在15年前首次问世时,每个人都希望达到对知觉及其后继行为的精确控制。斯坦福大学霍华德·休斯医学研究所的研究员迪瑟罗斯说:“达到这一点令人兴奋。”

Deisseroth和他的同事首先监视了观察水平或垂直线的小鼠大脑中的神经元。每只鼠标都经过训练,当其看到训练在其上的线条的方向时,可以舔食它前面的水龙头上的水。

然后,研究人员着手人工唤起线条的相同视觉。最初,小鼠显示出非常模糊的实线。当线条变得微弱到老鼠挣扎时,光遗传学刺激改善了它们的性能。然后,研究人员在完全没有任何视觉输入的情况下,在完全黑暗的环境中对小鼠进行了测试,结果发现仅通过激光就可以产生对线条的感知。刺激对真实视力作出反应的约20个神经元,导致小鼠正确“看到”正确的视力,并因此舔食。

积极成果的进展创造了“渐渐建立的渐进式的渐进式发展过程,'哦,我的天哪,这实际上正在奏效!'” Deisseroth说。

这些人工刺激的神经元以其他方式触发了其他神经元的级联发射,这暗示着大脑的视觉部分会像通常对真实视力一样做出反应。

Deisseroth说,一些关键的进展导致了该实验的成功:受液晶精心控制的精确激光器,以及发现一种称为ChRmine的新型光响应蛋白。甚至昏暗的光线也可以激活这种蛋白质,这是一个有用的特性,因为过多的光线会损害大脑。

Deisseroth说,类似的方法可以让科学家创造其他种类的感知,例如气味,触感和味道。该方法还可以让研究人员控制与更复杂的大脑任务有关的神经元集合。Liston说:“例如,您可以轻松想象使用类似的工具来学习记忆”。

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