科学家利用光遗传学使小鼠产生幻觉

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您是否曾经想过大脑如何能够看到不存在的东西?幻觉是没有外部刺激而形成的感觉.上周，斯坦福大学医学院的神经科学家在《科学》杂志上发表了具有里程碑意义的研究，论证了光遗传学如何激活视觉皮层中的神经细胞以触发小鼠的幻觉.

光遗传学是一种利用光和遗传学控制活组织中细胞的方法.科学家将遗传密码添加到组织中，从而能够产生称为视蛋白的光反应蛋白.为了进行神经科学研究，将视蛋白插入神经元中.这些神经元在暴露于光线时可以打开，而在移除光线时可以关闭.

斯坦福大学教授，光遗传学的先驱卡尔·迪瑟洛斯(Karl Deisseroth)领导了研究团队.七年前，Deisseroth和他的同事证明了激活活的和机敏的小鼠中单个神经元的能力.这项最新研究代表了光遗传学的飞跃.科学家不仅可以同时控制多个特定的特定神经元，而且还可以诱导小鼠的知觉，如其行为所证明的那样.

研究人员首先使用光遗传学方法在视觉皮层中制备了小鼠的神经元.向神经元插入了两个基因，一个基因编码有荧光蛋白，当一个神经元活跃时会发光，另一个基因包含视蛋白，当暴露于红外激光时会引起神经元发亮.老鼠的视觉皮层上的窗户是用透明的玻璃覆盖物制成的，可以在该区域投射全息图.

为小鼠显示水平和垂直条的图像.通过监测小鼠的大脑活动，神经科学家发现了显示水平或垂直条形时哪个神经元会亮起.通过这种方式，科学家们能够创建全息图记录，并可以在光子降落在各个神经元的目标区域上时进行回放.

然后，研究人员对实验小鼠进行了训练，使其在显示垂直和水平条的图像时表现出某些行为.训练小鼠只在看到竖线时才能舔试管中的水.

科学家观察到，当垂直条的全息图投射到视觉皮层上时，小鼠会舔水管，但是水平条的全息图投射时，小鼠不会舔水.换句话说，小鼠在直接激活其视觉皮层神经元的光下表现出相同的行为，就好像它们实际上是用眼睛看到的图像一样.科学家能够使用光遗传学来形成感知，而无需向小鼠展示真实的图像.研究小组发现，通过光遗传学控制小鼠的舔behavior行为只需要约20个或更少的神经元.

Deisseroth在2019年7月18日的斯坦福新闻报道中说:``非常值得注意的是，您需要在动物中专门刺激的神经元只有很少的神经元才能产生知觉.人类的大脑有数十亿美元.如果仅仅20左右就可以产生感知，那么为什么由于虚假的随机活动而导致我们无法一直产生幻觉?我们的研究表明，哺乳动物皮层某种程度上有望对数量极少的细胞做出反应，而不会引起对噪声的虚假感知."

这项神经科学方面的突破可以为精神疾病(例如精神分裂症，阿尔茨海默氏病，路易体痴呆，双相情感障碍，精神分裂性情感障碍、,妄)以及其他可能引起幻觉的病症(例如偏头痛，脑瘤，查尔斯·邦内综合征，癫痫发作，绝症，癫痫，克雅氏病，新陈代谢障碍和睡眠障碍.该研究为将来创造单细胞分辨率神经修复装置奠定了基础.

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