光控大腦成為現(xiàn)實(shí)

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美國哈佛 大學(xué)的一個(gè)研究小組制作了一個(gè)可以操控線 蟲的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——通過激光刺激培養(yǎng)皿中 自由游動(dòng)的線蟲的單個(gè)神經(jīng)元，可以讓它們 開始或停止游動(dòng)，給它們被撫摸的感覺，甚 至可以促使它們產(chǎn)卵。這項(xiàng)技術(shù)也許可以幫 助神經(jīng)科學(xué)家更好地理解動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)如何 工作。


撰文/ 達(dá)維德·卡斯泰爾韋基（ Davide Castelvecchi）

     科學(xué)家離人工控制大腦又近了一步，雖然這個(gè)大腦比沙礫還要小。最近，美國哈佛 大學(xué)的一個(gè)研究小組制作了一個(gè)可以操控線 蟲的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——通過激光刺激培養(yǎng)皿中 自由游動(dòng)的線蟲的單個(gè)神經(jīng)元，可以讓它們 開始或停止游動(dòng)，給它們被撫摸的感覺，甚 至可以促使它們產(chǎn)卵。這項(xiàng)技術(shù)也許可以幫 助神經(jīng)科學(xué)家更好地理解動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)如何 工作。

     實(shí)驗(yàn)中的線蟲學(xué)名為秀麗隱桿線蟲 （Caenorhabditis elegans），是研究得最深入的一種生物：科學(xué) 家已經(jīng)完成了秀麗隱桿線蟲體內(nèi)全部細(xì)胞的分類和繪制，其 中包括302 個(gè)神經(jīng)細(xì)胞和5 000 多個(gè)神經(jīng)連接。但是，科學(xué)家 始終不知道“神經(jīng)細(xì)胞如何像網(wǎng)絡(luò)一樣協(xié)同 工作”，美國哈佛大學(xué)生物物理學(xué)專業(yè)的研 究生安德魯·利弗爾（Andrew Leifer）說。 當(dāng)線蟲在游動(dòng)時(shí)，它們?nèi)绾螀f(xié)調(diào)全身100 多 個(gè)肌肉細(xì)胞，讓這些細(xì)胞呈現(xiàn)出波浪一樣的 收縮和舒展模式？

     為了弄清這個(gè)問題， 利弗爾和同事 利用基因技術(shù)，改造了一條只有1 毫米長 的線蟲，讓它體內(nèi)的一些特殊細(xì)胞對光敏 感——這就是近年發(fā)展起來的光遺傳學(xué)技術(shù) （optogenetics，參見《環(huán)球科學(xué)》2010 年第 12 期《用光遙控大腦》）。因?yàn)榫€蟲的身體是 透明的，聚焦點(diǎn)極小、瞄準(zhǔn)精度高達(dá)30微米的激光束可以激活或抑制單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)，無須使用 電極或其他侵入式手段。利弗爾將顯微鏡放在一個(gè)專門定做 的試驗(yàn)臺上，來跟蹤線蟲在培養(yǎng)皿里的活動(dòng)。他還編寫了一 個(gè)程序，通過分析顯微鏡中的圖像來鎖定目標(biāo)神經(jīng)細(xì)胞的位 置，然后瞄準(zhǔn)細(xì)胞，發(fā)射激光束。這項(xiàng)研究的結(jié)果發(fā)表在《自然·方法學(xué)》（nature method）的網(wǎng)絡(luò)版上。

     其他研究小組已經(jīng)用光遺傳學(xué)技術(shù)控制過固定不動(dòng)的線 蟲的單個(gè)神經(jīng)元。但利弗爾認(rèn)為，就了解動(dòng)物體的生理機(jī)制 而言，必須要在自由活動(dòng)的線蟲身上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他和合作者 的研究表明，在線蟲游動(dòng)的過程中，運(yùn)動(dòng)信號向全身的傳遞 不只是通過肌肉細(xì)胞本身，還會(huì)通過神經(jīng)連接。

     利弗爾認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)或許能在某一天幫助科學(xué)家完整 模擬這種生物的行為。他說：“我們希望可以創(chuàng)造出線蟲整個(gè) 神經(jīng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型。”在某種程度上，這好比是向計(jì)算機(jī) “上傳大腦”，雖然只是一個(gè)很初級的大腦。 （譯/ 陳筱歪 校/ 褚波）

zhanglei69458

支持，技術(shù)的進(jìn)步啊！

生物性無聊

這些進(jìn)步和我的生活好像沒有聯(lián)系呀

孟俊英

未來的某一天就有可能用光控制人的大腦……