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Cell子刊:光遺傳學技術成功用于靈長類動物

日期:2013-12-16 10:11:23

 

光遺傳學技術使人們可以通過可見光,對遺傳學改造的腦細胞進行控制,這一技術已經在小鼠模型中取得了成功。現在,神經科學家們熱切希望看到,光遺傳學在復雜大腦中也獲得同樣的成功。

 

Cell旗下的Current Biology雜志發表了一項新研究,用光遺傳學技術對非人類的靈長動物(猴子)進行大腦回路的干擾,研究顯示光遺傳學技術比微電流干擾的效果更好。Brown大學的研究人員為了比較上述兩種技術,檢測了兩種干擾對猴子視覺決策行為的影響。

 

“我們很高興看到,電刺激和光學刺激在某種程度上起到了類似的效果,而且光學刺激特異性更強,”文章的資深作者David Sheinberg教授說。

 

如果光遺傳學確實能夠安全有效的應用于靈長類大腦,該技術就有望幫助人們診斷和治療人類疾病。

 

Sheinberg和文章的第一作者Ji Dai決定研究,當個體面臨兩個相似物體時,對大腦LIP區域(lateral intraparietal)進行的光/電刺激,會對個體的選擇有何影響。Sheinberg補充道,這一任務比此前的靈長動物光遺傳學實驗更為復雜。

 

研究人員設計的任務是,讓猴子注視屏幕的中心地帶,當“T”出現在屏幕邊緣時朝字母看。有時它們需要快速在“T”和類似字符之間(如“+”)作出選擇,這兩個字符會同時出現在屏幕的相反邊緣。如果此時猴子朝T看,就能獲得獎勵。

 

在開始上述實驗之前,研究人員分別給猴子大腦LIP區域的一小群細胞,置入光或電傳感器。他們先在屏幕上確定了,能引起上述細胞應答的區域,將其稱為感受域。然后研究人員對細胞進行光刺激或電刺激,分析這些刺激對個體選擇字符的影響。

 

研究顯示,當字符出現在感受域時,兩種刺激方法都能增加個體選擇的準確性。另外,感受域出現干擾字符,會降低個體選擇的準確性。

 

換句話說,對特定LIP細胞群進行刺激,會顯著影響個體對相應感受域的認知。當個體面臨字符選擇時,光刺激和電刺激都能夠對其產生顯著影響。

 

統計學分析顯示,電刺激和光刺激基本上起到了相似的效果。不過,光遺傳學有一些獨特的優勢,Sheinberg說。

 

當字符出現在感受域以外的地方,電刺激減少了個體的反應時間,這說明電刺激的精確性可能要差一些。而光遺傳學刺激,就不會產生這樣的非預期效果。

 

此外,研究人員指出,在電刺激的同時很難記錄神經元的電信號。而光遺傳學技術可以很方便的實現這一點,有利于分析神經元的活性。

 

Sheinberg認為,光遺傳學技術可以用來研究更為復雜的認知問題。“我們的目標是將它作為日常工具分析復雜問題中的回路,” Sheinberg說。

 


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