《Nature》子刊:科學家能遠端控制老鼠社交,無線顱內植入物厚度僅半公釐

作者 | 發布日期 2021 年 05 月 18 日 8:30 | 分類 生物科技 Telegram share ! follow us in feedly


科學家常關注某話題:「其他動物能否溝通?動物的社交方式是怎樣?」

已有的研究成果告訴我們,動物要溝通聯繫,媒介可是有特殊氣味的訊息素、獨特的行為語言、特定的發聲方式、強大的感測​等。最近研究表明,科學家不僅發現動物的「社交祕密」,甚至可用特定技術手段主動控制社交行為。

研究團隊用光束建立小鼠社交紐帶,透過「無線編程─取消編程」,在老鼠頭骨嵌入神經植入物,植入物觸發或關閉恰好對應小鼠社交與否。

2021年5 月10日,論文發表於《Nature》子刊《Nature Neuroscience》(自然─神經科學),題為〈Wireless multilateral devices for optogenetic studies of individual and social behaviors〉(用於個人和社會行為的光遺傳學研究無線多邊裝置)。

動物間首次即時社交控制

為實現老鼠社交即時控制,科學家設計下圖這款厚度僅半公釐、小而薄的無線神器,研究人員將植入物置於老鼠頭骨位置。

官方介紹,設備利用近距離無線通訊,與智慧手機電子支付技術相同,研究人員只需透過電腦對光線即時無線操作。在動物周圍的天線可將能量傳送至無線設備,消除笨重電池的需求。植入物與尖端有led的絲狀微型探針相連,led與老鼠大腦中央執行區同步,這區域負責回饋大腦獎賞訊息。

「獎賞」為何物,可以人腦理解──當人做決定後,若證實正確且產生積極結果,大腦就會向負責決策的區域發送「獎賞」訊號,促進認知能力提升,形成良性循環,這過程即「獎賞效應」。之前有研究表明,效應所處大腦區域有特殊神經元釋放神經傳導物質,會讓人們產生正向情緒,正是上述同步機制觸發老鼠聯繫。

同樣的道理,如果要減少兩隻老鼠的社交活動,只需切斷上述同步機制。

實驗表明,兩隻老鼠在封閉環境靠近時,研究人員可無線同步,觸發大腦區域與高級執行功能相關的一組神經元,使老鼠交流頻率和持續時間增加;這對老鼠互動可透過去同步化刺激迅速減少。

實驗原理看似簡單,其實有重要意義。人腦由近1,000億個交織的神經元組成系統,要探測單個或一組神經元都極其困難。2005年前後,研究團隊引入動物模型,透過光遺傳學提供控制特定、以基因為目標的神經元,以便研究連通性或神經傳導物質釋放。

當時研究人員先修飾老鼠神經元,表達來自光敏藻類的修飾基因;然後科學家利用外部光線控制監測大腦活動。由於涉及基因工程,尚未批准用於人類──但放眼未來,光遺傳學有朝一日將用於治療失明或癱瘓。

之前這類研究用到的均為有線設備,問題主要在光纖線可能纏繞甚至斷裂,科學家很難判定動物是否僅因光纖線影響而表現出不同行為。論文通訊作者之一、實驗設計者、西北大學神經生物學家Yevgenia Kozorovitskiy表示:「為了研究動物在現實環境的行為,我們需要這種創新的無線技術。」

美國頂尖私立研究型大學西北大學(Northwestern University)官網表示:「西北大學的工程師和神經生物學家首次實現動物即時社交互動,這得利於他們研發的首款使用光觸發神經元的超微型、無線、無電池、完全可植入設備。同時,這項研究也是學界首次透過光遺傳學探索動物社交互動。」

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:pixabay