來自哥倫比亞大學的神經科學家團隊首次通過激活小鼠視覺皮層中的一些神經元來控制小鼠的視覺行為。
這一重要發現公布在Cell雜志上。
在這篇文章中，研究人員證明了特定的神經元集群在行為中具有因果作用。他們利用新開發的光學分析工具，識別進行視覺任務的小鼠皮質集群，還通過高分辨率光遺傳學以單
細胞精確度同時靶向靶標神經元，控制小鼠的行為。結果表明與任務相關的神經元的精確激活提高了動物表現，與任務無關的其他神經元的激活降低了行為表現。
“這是幾十年來我們實驗室完成的*激動人心的工作，因為這證明皮質集群是行為的關鍵，我們可以通過控制它們，改變動物的行為表現，”文章通訊作者，哥倫比亞大學生物科學教授Rafael Yuste說， “此外，數據表明，神經元集群是視覺刺激的內部表征”。
這項研究可能在醫學上有重要的應用。以單細胞精確度識別生理學相關的神經元集群可用于重新組織靶神經元之間的活動模式，重新編程錯誤的神經回路。
“要想將這些方法應用于患者，那還早，”文章一作，Luis Carrillo-Reid說，“但這項研究可能代表了精確重編程大腦的路線圖。”
這項研究的主要采用了神經回路雙光子鈣成像和雙光子光遺傳學，這是Yuste當局斷絕哦*初開發的用于光學讀寫神經元活動的方法。使用鈣成像，人們可以跟蹤哪些神經元在神經回路中發射，而使用光遺傳學，可以隨意激活神經元。此外，研究人員利用雙光子激光也可以運行動物的大腦，以單細胞精度執行鈣成像和光遺傳學。
在這項研究中，研究人員給小鼠注射了病毒，從而能夠觀察到大腦中的神經元活動模式。他們還能夠用光精確地操縱神經元活動。之后研究人員又將小鼠連接到雙光子顯微鏡上，并讓它們在小跑步機上跑步，觀察它們。在兩個星期的時間里，研究人員訓練小鼠將視覺刺激與水關聯起來，這樣每當垂直條出現時它們會舔水。在小鼠學會將視覺刺激與舔這一動作相關聯之后，研究人員確定了小鼠中對垂直條有反應的神經元組，并使用雙光子激光重新激活了這些神經元。這種再激活讓小鼠正常舔食的次數超過預期，甚至在沒有任何視覺刺激的情況下誘發了這個動作，就好像小鼠出現了看到垂直條形 幻覺。研究人員甚至通過僅刺激兩個神經元來觸發舔食行為，只要它們是與行為相關的特定神經元組。
幾十年來，人們已經實現通過電刺激大腦的不同區域來改善運動障礙的癥狀，例如帕金森癥，這種被稱為深部腦刺激的技術每年幫助了數萬名患者。然而，該技術涉及操縱大量神經元，其空間位置和身份未知。
在這項研究中，研究人員展示了相關原理的證據，即識別和靶向特殊的神經元可以改變行為，“開辟了使用這種技術來幫助糾正腦部疾病問題的途徑，“Carrillo-Reid說。
“此外，通過激活一些神經元可以取代感官刺激，表明我們可能開始更接近理解感知是什么，或者說是什么是思想，這可能是了解我們的思想如何運作的重要一步。”
原創作者：上海遠慕生物科技有限公司
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