據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報(bào)道，哈佛大學(xué)的科學(xué)家利用精確定向的激光，能夠管控動(dòng)物大腦內(nèi)的神經(jīng)元，將它們的感覺輸入轉(zhuǎn)化成行為，指示其朝著科研人員選中的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，科學(xué)家甚至還能植入錯(cuò)誤的感覺信息，使動(dòng)物形成錯(cuò)誤的感知，并作出相應(yīng)舉動(dòng)。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在最近出版的《自然》雜志上。
 

        科研人員稱，實(shí)驗(yàn)所用的透明線蟲只有302個(gè)神經(jīng)元。他們能夠通過操控線蟲大腦內(nèi)的神經(jīng)元管控其行為。這項(xiàng)研究十分重要，因?yàn)榭刂坪唵紊锏膹?fù)雜行為，有助于我們了解它們的大腦構(gòu)造，或是更復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)將如何運(yùn)行。這同時(shí)也為神經(jīng)回路的研究提供了一個(gè)框架，例如應(yīng)如何操控它們，需要操控哪些回路，又能在它們內(nèi)部產(chǎn)生什么活動(dòng)模式。
 

       目前，大多數(shù)研究途徑都是在破壞神經(jīng)元后才能發(fā)現(xiàn)其對于哪種特定的行為是必須的。而研究團(tuán)隊(duì)希望能在不損壞神經(jīng)系統(tǒng)的情況下，通過“挾持”關(guān)鍵神經(jīng)元來管控行為，強(qiáng)迫動(dòng)物作出他們所期望的動(dòng)作，并繪制出整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)的連接圖。
 

       借助遺傳工具，研究人員設(shè)計(jì)出神經(jīng)元能夠發(fā)出熒光的線蟲，這使科學(xué)家能輕松對它們進(jìn)行追蹤。同時(shí)，他們還修改了線蟲神經(jīng)元的光敏基因，這意味著其可以被激光脈沖激活。但最大的挑戰(zhàn)在于研發(fā)追蹤線蟲所需的硬件設(shè)備及在瞬間瞄準(zhǔn)所需的神經(jīng)元。他們表示，他們的目標(biāo)是只激活一個(gè)神經(jīng)元。由于動(dòng)物在不停地運(yùn)動(dòng)，以及大量的神經(jīng)元都聚集在生物頭部附近，使得實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)很具有挑戰(zhàn)性。因此就需要獲得動(dòng)物的影像，并對圖片進(jìn)行處理，識別出神經(jīng)元以追蹤動(dòng)物，再將激光射向特定的神經(jīng)元。這一切需要在20毫秒內(nèi)完成。
 

       為了克服這些挑戰(zhàn)，科研小組最終使用了可移動(dòng)桌面以保持爬行的線蟲能一直處在攝像機(jī)和激光下方的中間位置。他們還定制了計(jì)算機(jī)的軟、硬件，以保證這一系統(tǒng)能在極短的時(shí)間內(nèi)正常工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，新系統(tǒng)不僅能夠控制線蟲的行為，使其按要求左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或沿環(huán)形爬動(dòng)，還能控制它們的感覺。例如科學(xué)家就利用該系統(tǒng)哄騙了線蟲的大腦，使其認(rèn)為食物就在附近，興沖沖地直奔想象中的“大餐”。
 

       下一步，科研團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)探索新系統(tǒng)還能操控線蟲做出哪些行動(dòng)。同時(shí)，他們也將對現(xiàn)有的攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和升級，希望將該系統(tǒng)的運(yùn)行速度從20毫秒加速至1毫秒，使其能應(yīng)用于斑馬魚等更復(fù)雜的動(dòng)物。