定向激光可借神經元控制線蟲行為

　　據物理學家組織網近日報道，哈佛大學的科學家利用精確定向的激光，能夠管控動物大腦內的神經元，將它們的感覺輸入轉化成行為，指示其朝著科研人員選中的方向轉動。此外，科學家甚至還能植入錯誤的感覺信息，使動物形成錯誤的感知，并作出相應舉動。相關研究報告發表在最近出版的《自然》雜志上。

　　科研人員稱，實驗所用的透明線蟲只有302個神經元。他們能夠通過操控線蟲大腦內的神經元管控其行為。這項研究十分重要，因為控制簡單生物的復雜行為，有助于我們了解它們的大腦構造，或是更復雜的神經系統將如何運行。這同時也為神經回路的研究提供了一個框架，例如應如何操控它們，需要操控哪些回路，又能在它們內部產生什么活動模式。

　　目前，大多數研究途徑都是在破壞神經元后才能發現其對于哪種特定的行為是必須的。而研究團隊希望能在不損壞神經系統的情況下，通過“挾持”關鍵神經元來管控行為，強迫動物作出他們所期望的動作，并繪制出整個神經系統的連接圖。

　　借助遺傳工具，研究人員設計出神經元能夠發出熒光的線蟲，這使科學家能輕松對它們進行追蹤。同時，他們還修改了線蟲神經元的光敏基因，這意味著其可以被激光脈沖激活。但最大的挑戰在于研發追蹤線蟲所需的硬件設備及在瞬間瞄準所需的神經元。他們表示，他們的目標是只激活一個神經元。由于動物在不停地運動，以及大量的神經元都聚集在生物頭部附近，使得實現這點很具有挑戰性。因此就需要獲得動物的影像，并對圖片進行處理，識別出神經元以追蹤動物，再將激光射向特定的神經元。這一切需要在20毫秒內完成。

　　為了克服這些挑戰，科研小組最終使用了可移動桌面以保持爬行的線蟲能一直處在攝像機和激光下方的中間位置。他們還定制了計算機的軟、硬件，以保證這一系統能在極短的時間內正常工作。實驗結果顯示，新系統不僅能夠控制線蟲的行為，使其按要求左轉、右轉或沿環形爬動，還能控制它們的感覺。例如科學家就利用該系統哄騙了線蟲的大腦，使其認為食物就在附近，興沖沖地直奔想象中的“大餐”。

　　下一步，科研團隊將繼續探索新系統還能操控線蟲做出哪些行動。同時，他們也將對現有的攝像機和計算機硬件系統進行改進和升級，希望將該系統的運行速度從20毫秒加速至1毫秒，使其能應用于斑馬魚等更復雜的動物。