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用激光刺激蠕虫大脑揭示了每个神经元的职责

了解激光驱动的心灵控制如何让科学家们通过光遗传学技术操纵自由移动的秀丽隐杆线虫的神经元。

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漫长的等待终于结束了:科学家们已经实现了对移动、蠕动的线虫进行激光驱动的心灵控制。利用新兴的光遗传学技术,哈佛大学的研究人员在《自然·方法》杂志上报道称,他们可以靶向微小透明的秀丽隐杆线虫(C. elegans)的任何单个神经元,无论该生物是移动还是静止,并用激光对其进行刺激,以了解该特定细胞的作用——让线虫向左或向右移动,甚至使其产卵。

整个过程,从找到细胞到光线击中目标,大约需要20毫秒。随着线虫位置的变化,这些信息会反馈到计算机程序中,激光也会随之调整。如果线虫爬得太远,一个电动显微镜载物台会将虫子拉回。Ryu(生物学家)说,新方法最大的好处之一是它适用于游动的动物。“线虫没有任何束缚——它们是自由移动的。很少有系统能让你观察到如此真正自由的生物。” [Science News]

秀丽隐杆线虫(C. elegans)透明的外层使其成为生物学中最受欢迎的测试对象之一

,其结构简单也是如此:这种一毫米长的线虫拥有仅302个神经元,它们之间约有5000个连接。

但科学界仍然不确切知道“神经元在网络中是如何协同工作的,”哈佛大学生物物理学研究生Andrew Leifer说。例如,线虫如何协调其约100块肌肉,使其在游泳时像波浪一样放松和收缩?[Scientific American]

http://vimeo.com/16933869 其他光遗传学研究曾将激光射入秀丽隐杆线虫(C. elegans)的大脑,但无法回答Leifer的问题,因为它们需要以某种方式固定线虫

才能击中大脑中的正确位置。Leifer的系统允许他击中移动的目标,因此他的研究成为首次刺激自由移动线虫神经元的研究。

例如,他和他的合作者能够证明,在游泳过程中,运动信号通过肌肉细胞本身以及神经连接向下传播,这是通过选择性地阻断其肌肉和神经系统的部分区域来实现的。[Scientific American]

通过这种方式检查线虫,可以让Leifer构建出其脑细胞和连接的完整行为图谱。并且希望有一天这项技术也能应用于更复杂的生物。相关内容:80beats:星际迷航式的“相位器”用紫外线照射使线虫瘫痪

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秀丽隐杆线虫(C. elegans)对性进化的启示。图片:Leifer等人/《自然·方法》(靶向系统和线虫)

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