光控大腦成為現(xiàn)實

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


撰文/ 達維德·卡斯泰爾韋基（ Davide Castelvecchi）

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

     實驗中的線蟲學(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)全部細胞的分類和繪制，其 中包括302 個神經(jīng)細胞和5 000 多個神經(jīng)連接。但是，科學(xué)家 始終不知道“神經(jīng)細胞如何像網(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。 當線蟲在游動時，它們?nèi)绾螀f(xié)調(diào)全身100 多 個肌肉細胞，讓這些細胞呈現(xiàn)出波浪一樣的 收縮和舒展模式？

     為了弄清這個問題， 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》）。因為線蟲的身體是 透明的，聚焦點極小、瞄準精度高達30微米的激光束可以激活或抑制單個神經(jīng)細胞的活動，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專門定做 的試驗臺上，來跟蹤線蟲在培養(yǎng)皿里的活動。他還編寫了一 個程序，通過分析顯微鏡中的圖像來鎖定目標神經(jīng)細胞的位 置，然后瞄準細胞，發(fā)射激光束。這項研究的結(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)控制過固定不動的線 蟲的單個神經(jīng)元。但利弗爾認為，就了解動物體的生理機制 而言，必須要在自由活動的線蟲身上進行實驗。他和合作者 的研究表明，在線蟲游動的過程中，運動信號向全身的傳遞 不只是通過肌肉細胞本身，還會通過神經(jīng)連接。

     利弗爾認為，這項技術(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 神經(jīng)系統(tǒng)的計算機模型。”在某種程度上，這好比是向計算機 “上傳大腦”，雖然只是一個很初級的大腦。 （譯/ 陳筱歪 校/ 褚波）

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支持，技術(shù)的進步啊！

生物性無聊

這些進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……