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當神經科學家布特塞萊蘭著手用燈光操縱猴子的大腦時,她的同事們提出了一個建議:利用光啟用或沉默確定位置的神經元群,並探究它們在腦功能中的作用。這種稱為光干涉學的方法在齧齒動物中效果很好,但是如果要成為一種人類療法,例如抑制癲癇發作,破壞帕金森氏病的震顫,甚至將影像投射到人類大腦中,非人類靈長類動物的研究就至關重要。

但是,儘管研究了10多年,但進展仍舊緩慢。使細胞對光敏感的實驗方法在齧齒動物中得到了很大的改進,並且在猴子中表現出意想不到的行為。但目前很難照亮大型靈長類動物大腦中足夠的組織,從而以可靠地改變人類的行為。目前,研究人員經常透過反覆試驗來設計自己的方法,而沒有一套理論來解釋到底那個區域是有用的。

它的同事希望透過非人類靈長類動物光遺傳學開放資料庫來改變這一狀況。該資料庫包含成功和失敗的詳細資訊,其中許多未釋出。如果這一切能夠持續下去,可能很快就會在猴子身上進行有希望的新光遺傳學工具的測試。神經科學家說,開放資料庫方法“非常強大,對整個世界研究非常有用”。

在Neron於12月9日發表的介紹該資料庫的論文中,研究小組估計了資料集中最常用的載體,啟動因子和視覺蛋白的成功率。在關於猴子腦中大約一半的實驗中,尋找光照射細胞後神經活動的變化,69%的操作都有很強的效果。在旨在影響動物行為(例如促使眼睛或手部運動)的實驗中,幾乎有一半沒有效果或根本沒有效果。

泰拉瑞博士說,這種嘗試可能部分失敗是因為該病毒無法到達大腦區域。一次注射可以感染大約1立方毫米的組織,這是小鼠大腦的廣闊區域,但只佔猴子的一小部分。而且科學家希望避免多次注射可能導致過度的組織損傷。一些實驗室正試圖透過以高容量和高壓力注射病毒來進一步傳播病毒,這種技術稱為增強傳輸。

其他人則希望透過設計足夠小的病毒,使其在注入靜脈後透過微小的毛細血管進入大腦,從而消除對大腦注射的需求。在9月關於bio的預印本中,神經科學家和生物工程師維瑞和她在加利福尼亞理工學院的團隊描述了這種工程病毒,可以選擇性地感染猴的神經元。

為大腦提供光線也是一個障礙。“假設我正在使用直徑為150微米的光纖來刺激滑鼠大腦,”泰拉瑞解釋說。“要擴大規模,我必須在猴子的頭上戴一個手電筒。” 在上個月的bio預印本中,Af描述了另一種可能的選擇:一個6平方毫米的陣列,由28個發光二極體、組成,每個發光二極體可以產生與典型光纖一樣多的光。透過將這種陣列放置在猴子的大腦皮層上,研究人員可能會在沒有多根植入纖維的情況下照亮相對較寬的大腦區域,Afraz說。他們還可以使用單獨的LED以精確的模式激發皮層的各個部分。

其他人群正在開發更加敏感的視蛋白,以至於弱光會影響更遠的組織。在9月5日發表在《自然生物技術》雜誌上的一項小鼠研究中 ,由斯坦福大學神經科學家迪洛瑟斯(光遺傳學的最初開創者之一)領導的研究小組利用一種名為Chine的高度敏感的視蛋白,利用來自大腦表面幾毫米的神經元來啟用神經元,在齧齒動物的頭骨外面。

“我迫不及待地要對其進行測試,”拉瓦爾大學分子生物學家瑪麗說到這些超敏視蛋白。她是加拿大合作機構的一部分,該機構測試並傳播新興的光遺傳學工具。隨著視蛋白,啟動子和病毒進入參與研究的小組,所有參與的團隊都計劃將其結果上傳到新資料庫中。

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