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近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Cell上的研究報(bào)告中，來(lái)自英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過(guò)研究利用激光束開(kāi)啟了小鼠大腦中神經(jīng)元的表達(dá)，這或?yàn)殛U明大腦記憶發(fā)揮背后的工作原理提供新的思路，也揭開(kāi)了記憶力支持大腦內(nèi)在GPS系統(tǒng)的分子機(jī)制。文章中，研究人員解釋了他們?nèi)绾谓柚p激光器（twin lasers）利用一種全光學(xué)技術(shù)，當(dāng)小鼠在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)讀取并寫(xiě)入其大腦中位置細(xì)胞（一種神經(jīng)元類(lèi)型）的活性。

值得注意的是，當(dāng)刺激位置細(xì)胞，科學(xué)家們就能重新激活或檢索小鼠獲得獎(jiǎng)勵(lì)地方的記憶，這反過(guò)來(lái)會(huì)在精神上傳輸信息，從而促進(jìn)小鼠表現(xiàn)出好像其在獎(jiǎng)勵(lì)的地方的行為。位置細(xì)胞被認(rèn)為能代表環(huán)境的認(rèn)知地圖（就好像內(nèi)在的GPS一樣），其能幫助機(jī)體保持位置記憶，這項(xiàng)研究中，研究人員首次直接揭示了位置細(xì)胞活性或許是大腦表現(xiàn)出導(dǎo)航能力的基礎(chǔ)。本文研究結(jié)果或能幫助研究者深入理解大腦記憶被儲(chǔ)存的機(jī)制，同時(shí)還有望幫助開(kāi)發(fā)出治療諸如癡呆癥和阿爾茲海默病等影響記憶的疾病的新型療法。

圖片來(lái)源：CC0 Public Domain

研究者Nick Robinson說(shuō)道，本文研究結(jié)果提出了直接的因果證據(jù)表明，小鼠能利用位置細(xì)胞活性所代表的信息來(lái)指導(dǎo)其行為，換句話(huà)說(shuō)，位置細(xì)胞能告訴小鼠其所處的未知，實(shí)際上當(dāng)小鼠做出決定時(shí)，其能夠傾聽(tīng)位置細(xì)胞；相關(guān)研究有望幫助闡明大腦中記憶被儲(chǔ)存的機(jī)制，同時(shí)還能幫助開(kāi)發(fā)新工具來(lái)操作影響機(jī)體行為的大腦記憶。研究者表示，諸如阿爾茲海默病等記憶障礙對(duì)全社會(huì)帶來(lái)了非常巨大的代價(jià)，本文研究或許有望改變游戲規(guī)則，因?yàn)檠芯咳藛T能在操控大腦記憶的特定神經(jīng)元中利用光學(xué)讀寫(xiě)能力，這樣就能夠深入理解并潛在改善神經(jīng)回路活性幫助我們制定決策的過(guò)程。

這項(xiàng)研究中，研究人員利用了一種強(qiáng)大的方法，將兩種革命性的技術(shù)相結(jié)合并使用光學(xué)技術(shù)讀寫(xiě)大腦中的電活性，首先他們對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行工程化修飾使其能表達(dá)在遺傳上編碼的鈣離子傳感器，從而就能促進(jìn)細(xì)胞發(fā)光；其次，研究者在相同的神經(jīng)元中表達(dá)出了光敏感的“光遺傳學(xué)”蛋白，并能利用激光束來(lái)促進(jìn)其激活特定的細(xì)胞。通過(guò)結(jié)合上述兩種技術(shù)，研究人員就能記錄并操控在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的小鼠大腦中相同神經(jīng)元的活性。

這樣一來(lái)研究人員就能對(duì)在虛擬世界中進(jìn)行導(dǎo)航的小鼠海馬體中的位置細(xì)胞進(jìn)行靶向性激活，首先研究者在光學(xué)上記錄了海馬體中大量位置細(xì)胞的活性，并識(shí)別出了能在獎(jiǎng)賞位置發(fā)生激活的位置細(xì)胞，這或許就形成了位置信息的記憶基礎(chǔ)，隨后研究者使用全息定向激光束在虛擬世界的不同位置激活了這些特定的位置細(xì)胞；最后研究者表示，值得注意的是，位置細(xì)胞的激活就足以幫助檢索關(guān)于獎(jiǎng)懲位置的記憶，從而就能引導(dǎo)小鼠在新的位置尋找獎(jiǎng)勵(lì)，換句話(huà)說(shuō)，光對(duì)神經(jīng)元的刺激會(huì)在精神上傳遞給小鼠機(jī)體，從而就會(huì)使其表現(xiàn)的像在被獎(jiǎng)勵(lì)的地方一樣，本文研究中，研究人員首次闡明了位置細(xì)胞的激活如何促進(jìn)其檢索機(jī)體對(duì)環(huán)境的記憶并幫助機(jī)體進(jìn)行導(dǎo)航。