哥倫比亞大學的一組神經科學家首次通過激活小鼠視覺皮層的一些神經元來控制小鼠的視覺行為。
在他們發(fā)表在《細胞》雜志上的研究中，研究人員證明了一組特定的神經元，即一組神經元，在行為中起著因果作用。研究人員使用新的光學和分析工具來識別小鼠皮層組合并執(zhí)行視覺任務。他們還利用高分辨率光遺傳學，以單細胞精度同時瞄準選定的神經元，以控制小鼠的行為。雖然任務相關神經元的準確激活提高了動物的表現(xiàn)，但與任務無關的其他神經元的激活降低了行為。
Rafael Yuste說：“這是我們實驗室?guī)资陙碜盍钊伺d奮的工作，因為我們已經證明了皮層組合是行為的關鍵，我們可以隨身攜帶鋼琴，隨意改變動物的行為。該研究的資深作者，哥倫比亞大學生物科學教授?！按送猓瑪?shù)據(jù)顯示，神經元集合是視覺刺激的內部表征，”尤斯特補充道，他也是哥倫比亞數(shù)據(jù)科學研究所的成員。
這項研究可能在醫(yī)學上有重要的應用。識別具有單細胞準確性的生理相關神經元集合可用于重組目標神經元之間的活動模式，并重新編程錯誤的神經回路。Yuste實驗室前研究員、本文第一作者Luis Carrillo-Reid表示，通過重組這些神經元模式，有可能治療阿爾茨海默病、帕金森病或精神分裂癥等精神和神經疾病中異?；顒幽Ｊ綄е碌牟±頎顩r。"通過全息回憶皮層集合控制視覺引導行為."
卡里略-里德說：“我們離將這些方法用作患者的治療方法還很遠?！暗@項研究可能代表了對大腦進行精確重新編程的路線圖，這將使神經科學更接近臨床。”
在尤斯特實驗室工作時，研究人員使用了神經回路的雙光子鈣成像和雙光子光遺傳學，這是尤斯特團隊最初為光學讀寫神經元活動開發(fā)的。利用鈣成像，人們可以追蹤神經回路中哪些神經元發(fā)出信號，而利用光遺傳學，人們可以隨意激活神經元。此外，使用雙光子激光，該團隊可以在跑步機上運行動物的大腦，以單細胞精度進行鈣成像和光遺傳學。
研究人員將病毒注射到小鼠體內，使它們能夠觀察大腦神經元的活動模式。他們也可以利用光來精確地控制他們神經元的活動。接下來，他們將老鼠連接到雙光子顯微鏡上，在小跑步機上跑步時觀察它們。兩周以來，研究人員訓練老鼠將視覺刺激——視頻屏幕上飄動的豎條——與水聯(lián)系起來，這樣每當豎條出現(xiàn)時，它們就會舔水嘴。在小鼠學會將視覺刺激與舔舔聯(lián)系起來后，研究人員確定了小鼠中對豎條有反應的神經元組，并用雙光子激光重新激活這些神經元。這種重新激活有助于小鼠的正常舔舐時間超出預期，甚至誘導沒有任何視覺刺激的舔舐，就好像小鼠將豎條視為幻覺一樣。研究人員甚至通過僅刺激兩個神經元來觸發(fā)舔舔行為，只要它們是與行為相關的特定神經元組。
幾十年來，人們使用電刺激大腦的不同區(qū)域來改善運動障礙的癥狀，如帕金森病，最近將神經精神疾病視為抑郁癥。這項被稱為深度腦刺激的技術每年被用來幫助成千上萬的病人。然而，這項技術涉及操縱大量的神經元，它們的空間位置和身份是未知的。在這項研究中，研究人員展示了原則的證據(jù)，即識別和瞄準非常特殊的神經元可以改變行為，開辟了一種使用這種技術幫助糾正腦部疾病的方法，”卡里略-里德說，他現(xiàn)在領導著墨西哥國立自治大學的實驗室。
“此外，感覺刺激可以被激活一些神經元所取代的事實表明，我們可能開始更接近理解感知是什么，或者思想是什么，”yust說?！斑@可能是理解我們的思想如何運作的重要一步?！?
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