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定向激光可控制线虫行为

发布时间:2019-08-15 16:22:25

  据物理学家组织近道,哈佛大学的科学家利用精确定向的,能够管控动物大脑内的神经元,将它们的感觉输入转化成行为,指示其朝着科研人员选中的方向转动。此外,科学家甚至还能植入错误的感觉信息,使动物形成错误的感知,并作出相应举动。相关研究报告发表在最近出版的《自然》杂志上。

  科研人员称,实验所用的透明线虫只有302个神经元。他们能够通过操控线虫大脑内的神经元管控其行为。这项研究十分重要,因为控制简单生物的复杂行为,有助于我们了解它们的大脑构造,或是更复杂的神经系统将如何运行。这同时也为神经回路的研究提供了一个框架,例如应如何操控它们,需要操控哪些回路,又能在它们内部产生什么活动模式。

  目前,大多数研究途径都是在破坏神经元后才能发现其对于哪种特定的行为是必须的。而研究团队希望能在不损坏神经系统的情况下,通过 挟持 关键神经元来管控行为,强迫动物作出他们所期望的动作,并绘制出整个神经系统的连接图。

  借助遗传工具,研究人员设计出神经元能够发出荧光的线虫,这使科学家能轻松对它们进行追踪。同时,他们还修改了线虫神经元的光敏基因,这意味着其可以被激活。但最大的挑战在于研发追踪线虫所需的硬件设备及在瞬间瞄准所需的神经元。他们表示,他们的目标是只激活一个神经元。由于动物在不停地运动,以及大量的神经元都聚集在生物头部附近,使得实现这点很具有挑战性。因此就需要获得动物的影像,并对图片进行处理,识别出神经元以追踪动物,再将激光射向特定的神经元。这一切需要在20毫秒内完成。

  为了克服这些挑战,科研小组最终使用了可移动桌面以保持爬行的线虫能一直处在摄像机和激光下方的中间位置。他们还定制了计算机的软、硬件,以保证这一系统能在极短的时间内正常工作。实验结果显示,新系统不仅能够控制线虫的行为,使其按要求左转、右转或沿环形爬动,还能控制它们的感觉。例如科学家就利用该系统哄骗了线虫的大脑,使其认为食物就在附近,兴冲冲地直奔想象中的 大餐 。

  下一步,科研团队将继续探索新系统还能操控线虫做出哪些行动。同时,他们也将对现有的摄像机和计算机硬件系统进行改进和升级,希望将该系统的运行速度从20毫秒加速至1毫秒,使其能应用于斑马鱼等更复杂的动物。

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