鼠标幻觉代表Optogenetic进步
幻觉是令人毛骨悚然的,幸运的是,相当罕见。但是,一项新的研究表明,真正的问题不是那么多为什么有些人偶尔体验。这就是为什么我们不是幻觉。
在这项研究中,斯坦福大学医学院的神经学家刺激视觉皮层神经细胞的小鼠诱导一个虚幻的形象的动物的思想。科学家们需要刺激小数量惊人的神经细胞,或神经元,为了产生知觉,导致老鼠在一个特定的行为。
”早在2012年,我们有能力控制描述个人挑选的神经元活动的清醒,清醒的动物,”卡尔戴瑟罗斯说,医学博士,博士,生物工程和精神病学和行为科学教授。“现在,第一次,我们已经能够推进这一功能来控制多个单独指定的细胞,并使动物感知特定的事物,实际上并不是真的,并相应行为。”
这项研究在线发表在7月18日的《科学》杂志,将影响获得更好的理解自然的大脑信息处理,以及精神分裂症等精神疾病,并指出设计神经假体设备的可能性与单细胞的决议。
戴瑟罗斯研究的资深作者。铅作者由员工共享科学家詹姆斯•马歇尔博士和肖恩·Quirin博士;研究生Yoon Seok金;博士和博士后学者蒂莫西•马查多。
使用光遗传学
戴瑟罗斯,霍华德休斯医学研究所研究员,d·h·陈教授,首创光遗传学,技术使研究人员能够刺激特定的神经元在自由移动的动物的光脉冲,并观察结果对动物的脑功能和行为的影响。
在新的研究中,戴瑟罗斯和他的同事们的组合两个基因插入大量的视觉皮层神经元的实验室里的小白鼠。一个基因编码一种光敏蛋白导致神经元响应脉冲激光的狭隘的颜色,在这种情况下,红外光谱。另一个基因编码时发出绿色荧光蛋白的神经元是活跃的。
科学家创造了颅窗老鼠通过移除部分动物的头骨暴露视觉皮质的一部分,在小鼠和人类的负责处理从视网膜传递的信息。研究人员用透明玻璃覆盖保护暴露的区域。他们可以用一个设备开发研究项目为目的的全息图——目标的三维构型光子——上,到视觉皮层。这些光子会降落在精确的点沿着特定的神经元。几乎所有的研究人员可以监控结果活动大脑皮层的单个神经元在两个不同的层跨度约1平方毫米和包含的数千个神经元。
着头固定在一个舒适的位置,随机系列的水平和垂直显示的老鼠酒吧显示在屏幕上。研究人员观察和记录暴露视觉皮层神经元被优先激活一个或另一个方向。从这些结果,科学家们能够识别人口分散的单个神经元“调谐”水平或垂直视觉显示器。
然后他们能够“回放”这些记录全息图的形式产生斑点的红外线于神经元响应水平,垂直,酒吧。结果下游神经元活动,即使在远离刺激神经元的相对位置,非常类似于观察到当自然刺激——白色背景上的黑色水平或垂直条,是显示在屏幕上。
科学家训练老鼠舔附近的管水当他们看到一个竖线但不是当他们看到一个水平或看到。在过去的几天,因为动物的区分能力水平和垂直条改善,科学家们逐渐减少了黑白对比的任务日益艰难。他们发现老鼠的表现活跃起来了,如果科学家补充视觉显示同时optogenetic刺激:例如,如果一个动物的性能恶化,因此降低对比度,调查者可以提高其歧视权力通过刺激神经元之前确定为优先处理火灾的应对水平或垂直酒吧。
这增加的发生只有当optogenetic刺激符合视觉刺激——例如,一个竖线显示+刺激神经元之前确定为可能在应对火灾垂直导向的酒吧。
产生幻觉的老鼠
一旦老鼠变得善于辨别之间的横向和纵向的酒吧,科学家们能够诱导小鼠tube-licking行为仅仅通过突出“垂直”全息项目到老鼠的视觉皮层。但老鼠不会舔管如果“横向”项目计划。
“不仅是动物做同样的事情,但大脑,也“戴瑟罗斯说。“我们知道我们再现自然的感知或创造很多喜欢它。”
在早期的实验中,科学家们发现许多神经元是水平或垂直方向,但他们还没有直接刺激每一个特定的神经元optogenetically。一旦老鼠训练,optogenetic少量这些神经元的刺激就足以让老鼠适当应对舔或nonlicking行为。
研究人员惊奇地发现,optogenetically刺激神经元约20——或更少的在某些情况下选择只对正确的方向,可以产生相同的神经活动和动物行为显示垂直或水平栏。
“很了不起的一些神经元如何你需要特别刺激动物产生知觉,“戴瑟罗斯说。
“一只老鼠的大脑有数以百万计的神经元;人类大脑有许多数十亿美元,”他说。“如果只有20左右可以创建一个知觉,那么为什么我们不产生幻觉,由于伪随机活动?我们的研究表明,哺乳动物大脑皮质是准备能够响应一个令人惊讶的低数量的细胞不会造成虚假观念在回应噪音。”
戴瑟罗斯是一名斯坦福Bio-X和吴蔡在斯坦福大学神经科学研究所。
斯坦福大学的技术许可办公室提出专利申请知识产权相关工作。
参考:马歇尔,j . H。金,y。马查多,t。、Quirin年代。本森,B。Kadmon, J。,…戴瑟罗斯,k (2019)。皮质分层的动态触发感知至关重要。科学,eaaw5202。https://doi.org/10.1126/science.aaw5202
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