對(duì)于復(fù)雜的大腦，研究人員一直熱衷于了解它的功能。在新技術(shù)的協(xié)助下，人們對(duì)大腦的了解又多了幾分。在新一期的《BioTechniques》上，Jeffrey Perkel介紹了光遺傳學(xué)如何為學(xué)習(xí)和記憶提供新的見(jiàn)解。

在這個(gè)趨向老齡化的社會(huì)，阿爾茨海默病（俗稱(chēng)老年癡呆癥）并不少見(jiàn)。Dheeraj Roy的祖母便是其中的一位。當(dāng)Roy成為麻省理工學(xué)院（MIT）的一名研究生時(shí)，發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)疼愛(ài)他的祖母竟然不認(rèn)識(shí)他。這刺激Roy立志從事一個(gè)相關(guān)的研究。

幸運(yùn)的是，Roy所在的實(shí)驗(yàn)室正開(kāi)展這方面的研究，Susumu Tonegawa教授是1987年的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，自90年代以來(lái)一直關(guān)注神經(jīng)科學(xué)，特別是記憶和學(xué)習(xí)。Roy現(xiàn)在是Tonegawa教授實(shí)驗(yàn)室中的一員，他們正利用一種強(qiáng)大的工具來(lái)了解大腦：光遺傳學(xué)。

光遺傳學(xué)實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)活動(dòng)的空間、時(shí)間以及細(xì)胞類(lèi)型特異的控制。在光遺傳學(xué)中，研究人員在特定神經(jīng)元中表達(dá)光敏的離子通道或泵。利用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射那些細(xì)胞，研究人員可促使神經(jīng)元觸發(fā)動(dòng)作電位，從而實(shí)時(shí)探索神經(jīng)回路的細(xì)胞和分子機(jī)制。

據(jù)希伯來(lái)大學(xué)的腦科學(xué)助理教授Inbal Goshen介紹，這項(xiàng)技術(shù)為記憶研究帶來(lái)了兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：時(shí)間精確性和細(xì)胞特異性。人們多年來(lái)利用電極刺激或藥理學(xué)來(lái)操控大腦的神經(jīng)元，不過(guò)這些技術(shù)不能限制在特定的細(xì)胞群體，小分子化合物的動(dòng)力學(xué)也太慢。光遺傳學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于讓感興趣的區(qū)域盡可能小。

Roy便利用這種方法來(lái)研究阿爾茨海默病的神經(jīng)功能缺失。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，早期阿爾茨海默病患者無(wú)法記住最近發(fā)生的事情，比如他們將鑰匙放在哪里，是因?yàn)橛洃洘o(wú)法形成。Roy決定直接檢驗(yàn)這種觀點(diǎn)。

之前，Tonegawa的實(shí)驗(yàn)室利用小鼠模型來(lái)證明失憶癥是記憶回想出問(wèn)題。在那項(xiàng)研究中，用蛋白合成抑制劑茴香霉素處理小鼠后，它似乎不記得腳上一擊的感覺(jué)。不過(guò)利用光遺傳學(xué)激發(fā)認(rèn)知過(guò)程中激活的細(xì)胞，它又能回想起“丟失的”記憶，但這種影響只是暫時(shí)的，當(dāng)光關(guān)閉，失憶癥又出現(xiàn)。

Roy想知道類(lèi)似的機(jī)制是否存在于阿爾茨海默病的患者中。利用小鼠模型，他引入了DNA載體來(lái)標(biāo)記活躍的神經(jīng)元，重點(diǎn)放在海馬區(qū)及其與嗅皮層的連通性。正如預(yù)測(cè)的那樣，當(dāng)小鼠被要求記住引起恐懼的東西（一個(gè)恐怖的箱子）時(shí)，它們無(wú)法做到。如果此區(qū)域被光遺傳學(xué)激活，它們就會(huì)愣住，這意味著恐懼記憶形成。更重要的是，Roy及其團(tuán)隊(duì)證明，通過(guò)意在加強(qiáng)突觸連接的操作反復(fù)刺激細(xì)胞，他們甚至能重建沒(méi)有光時(shí)的記憶。

當(dāng)然，這種策略不適用于人類(lèi)，因?yàn)樗枰竽X的遺傳操控。不過(guò)對(duì)于Roy而言，結(jié)果說(shuō)明了一種可能的治療策略：利用藥物來(lái)加強(qiáng)神經(jīng)連接。“說(shuō)實(shí)話，我的夢(mèng)想實(shí)驗(yàn)”是鑒定那些能加強(qiáng)嗅皮層和海馬之間突觸連接的藥物，促進(jìn)小鼠模型的記憶回想。“對(duì)我來(lái)說(shuō)，那是全壘打，”他說(shuō)。