為了加深對(duì)大腦的理解，神經(jīng)科學(xué)家必須能夠詳細(xì)繪制負(fù)責(zé)處理感官信息或形成新記憶等任務(wù)的神經(jīng)回路?，F(xiàn)在，加州理工學(xué)院的一組研究人員描述了一種新方法，可以實(shí)時(shí)觀察特定大腦回路內(nèi)所有數(shù)千至數(shù)百萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。作者表示，10 月 14 日發(fā)表在《Neuron》雜志上的一篇“Perspective”文章討論了這種新穎的方法，它比現(xiàn)有的任何方法都具有更大的潛力。
這項(xiàng)被稱為“集成神經(jīng)光子學(xué)”的新技術(shù)使用微型光學(xué)微芯片陣列，可以植入大腦內(nèi)任何深度，結(jié)合熒光分子報(bào)告器和光遺傳學(xué)執(zhí)行器，分別以光學(xué)方式監(jiān)測(cè)神經(jīng)元并控制其活動(dòng)。這些陣列發(fā)射微型光束來(lái)刺激周圍的轉(zhuǎn)基因神經(jīng)元，同時(shí)記錄這些細(xì)胞的活動(dòng)，揭示它們的功能。這篇論文的首席研究員、加州理工學(xué)院物理學(xué)、應(yīng)用物理和生物工程教授 Frank J. Roshek 邁克爾·魯克斯 (Michael Roukes) 表示， 盡管目前這項(xiàng)工作僅在動(dòng)物模型中進(jìn)行，但有一天它可能有助于解開(kāi)人類大腦深處的電路。
“深度密集記錄是關(guān)鍵，”魯克斯說(shuō)。“我們短期內(nèi)無(wú)法記錄大腦的所有活動(dòng)。但是我們可以專注于特定大腦區(qū)域內(nèi)的一些重要計(jì)算結(jié)構(gòu)嗎?這就是我們的動(dòng)機(jī)。”
近年來(lái)，神經(jīng)科學(xué)家開(kāi)始利用光遺傳學(xué)來(lái)研究模型動(dòng)物(包括嚙齒類動(dòng)物)中越來(lái)越大的神經(jīng)元群。在光遺傳學(xué)中，神經(jīng)元經(jīng)過(guò)基因工程改造，在受到特定波長(zhǎng)的光激發(fā)時(shí)表達(dá)特定的蛋白質(zhì)標(biāo)記，例如綠色熒光蛋白(GFP)。GFP 的存在使細(xì)胞在熒光燈下發(fā)出綠光，提供神經(jīng)活動(dòng)的視覺(jué)指示。通過(guò)將傳感器分子與這些標(biāo)記物融合，研究人員可以設(shè)計(jì)神經(jīng)元，通過(guò)調(diào)節(jié)這種熒光來(lái)發(fā)出其局部活動(dòng)的信號(hào)。光遺傳學(xué)解決了神經(jīng)科學(xué)研究中固有的一些問(wèn)題，神經(jīng)科學(xué)研究依賴植入電極來(lái)測(cè)量神經(jīng)元的電活動(dòng)，由于大腦中的所有電活動(dòng)，平均只能可靠地測(cè)量單個(gè)神經(jīng)元。
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