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Cell:精确到单细胞!瞄准两个神经元便能控制视觉行为

时间:2019-07-22

多年来,人们一直试图通过电击到大脑的不同区域来改善或治疗神经性疾病,例如运动障碍或抑郁症,例如帕金森病。成千上万患有神经系统疾病的患者已经能够缓解他们的病情。然而,这种治疗涉及大脑中的大量未知神经元。如果你可以精确控制一些控制疾病的神经元或者开启治疗神经系统疾病的大门。

最近,哥伦比亚大学的神经科学家首次通过激活小鼠视觉皮层中的几个神经元来控制小鼠的视觉行为。这项研究表明,一组特定的神经元在行为上具有因果关系。该研究发表在《Cell》期刊上。

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光遗传技术“照亮”大脑神经元

当用肉眼观察小鼠时,研究人员使用一种新的光学分析工具来识别大脑皮层。这种称为“双光子成像”的光学遗传技术具有非常高的分辨率,可以精确到单个细胞并同时靶向选定的不同神经元以控制小鼠行为。

双光子成像技术是脑科学研究中的热门技术,可以创建全景脑连接图和功能动态图。它打破了更高分辨率下的规模障碍,将微观神经元与个体行为联系起来。

与单光子激发相比,双光子激发具有良好的光学层析成像和更深的生物组织穿透的优点。值得一提的是,双光子激光器通常很轻,可以在小动物的颅窗上实时记录数十个神经元和数千个突触。

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研究人员使用双光子钙成像和神经回路的双光子光遗传学来试验小鼠。钙成像可用于跟踪哪些神经元是活跃的,并且光遗传学可用于随意激活神经元。通过这种方式,双光子激光器可以以单细胞精度对小鼠脑进行钙成像和光遗传学研究。

刺激两个神经元可以控制视觉行为

水在水嘴上(当它是水时,它们会进入水中。

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相同的形状。

随后,研究人员进一步确定了控制行为的神经元。只需要刺激两个神经元来诱导小鼠中木偶的行为。

重现神经回路

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Rafael Yuste哥伦比亚大学的官方网站

该研究的高级作者,哥伦比亚大学生物科学教授Rafael Yuste说:“这是我实验室数十年来最激动人心的工作,因为我们已经证明皮质组合是行为的关键,我们可以改变另外,数据表明神经元集合是视觉刺激的内部表现。“

这项研究可能具有重要的医学意义。识别具有单细胞精确度的一组生理学相关神经元可用于重新组织目标神经元之间的活动模式并重新编程错误的神经回路。这有助于治疗神经系统疾病,如阿尔茨海默病,帕金森病或精神分裂症。

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值得注意的是,尽管任务相关神经元的精确激活改善了动物的表现,但与该任务无关的其他神经元的激活会抑制行为活动。

该论文的第一作者Luis Carrillo-Reid表示,“我们远未使用这些方法来治疗患者,但这项研究可以提供准确重新编程大脑的路线图,使神经科学更接近诊所。”

参考文献:

[1]在新的研究中,研究人员用单细胞精确度控制了小鼠大脑的行为

[2]研究人员用单细胞精确度控制了小鼠大脑的行为

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