大脑根据数十亿神经元之间的通信呈现不同的状态，而这个网络是我们所有感知、记忆和行为的基础。它通常被认为是一个“黑匣子”，临床医生和研究人员难以访问，因为很少有有限的工具可用于对大脑神经元行为进行准确的时空研究。现在，加泰罗尼亚生物工程研究所 (IBEC) 的研究人员与 August Pi i Sunyer 生物医学研究所 (IDIBAPS) 合作，为该主题增添了一些亮点：他们首次成功地使用一种控制大脑中的神经元活动对光有反应的分子。
该研究包括来自巴塞罗那自治大学 (UAB) 的参与者，并在人脑计划的框架内进行。它描述了在体内直接光调节大脑状态转换的第一种方法。
这项工作由 ICREA 研究教授 Pau Gorostiza(IBEC-CERCA、BIST、CIBER-BBN)和 Mavi Sanchez-Vives(IDIBAPS)领导，最近发表在Advanced Science 杂志上。结果表明，这种名为 PAI(Phthalimide-Azo-Iper)的新分子可以特异性地和局部地控制毒蕈碱胆碱能受体，即乙酰胆碱受体，这是一种在学习注意力或记忆等几个过程中非常重要的脑神经递质。
用光控制大脑状态的转变
大脑状态之间的转换，例如从睡着到清醒，或从昏迷中醒来，是基于化学和电信号在涉及不同功能的神经元组之间的传递。目前将神经元活动作为经颅磁刺激或超声刺激来调节的技术在时空和频谱性能方面存在局限性。另一种高精度技术也使用光来控制光遗传学中的神经元，但它依赖于基因操作，由于安全原因，很难将其转化为人类。
在这里，研究人员应用光药理学来解决这些问题。为此，他们使用了先前在 PAI IBEC 开发的一种分子，该分子具有光响应性，并允许对脑神经元进行时空控制调制，结合和控制毒蕈碱胆碱能受体的活性，毒蕈碱胆碱能受体是神经元相互作用和通信的关键受体。通过使用这种方法，胆碱能神经支配依赖的大脑状态转换可以通过使用化学设计为光敏药物的光来控制。
该研究的共同第一作者 Fabio Riefolo (IBEC) 解释说：“大脑中神经元活动的控制是进行基础研究和应用研究以及开发安全和准确的技术以在临床神经病学中进行治疗性大脑干预的关键” .
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