據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道，哈佛大學的科學家利用精確定向的激光，能夠管控動物大腦內(nèi)的神經(jīng)元，將它們的感覺輸入轉(zhuǎn)化成行為，指示其朝著科研人員選中的方向轉(zhuǎn)動。此外，科學家甚至還能植入錯誤的感覺信息，使動物形成錯誤的感知，并作出相應舉動。相關(guān)研究報告發(fā)表在最近出版的《自然》雜志上。
 

        科研人員稱，實驗所用的透明線蟲只有302個神經(jīng)元。他們能夠通過操控線蟲大腦內(nèi)的神經(jīng)元管控其行為。這項研究十分重要，因為控制簡單生物的復雜行為，有助于我們了解它們的大腦構(gòu)造，或是更復雜的神經(jīng)系統(tǒng)將如何運行。這同時也為神經(jīng)回路的研究提供了一個框架，例如應如何操控它們，需要操控哪些回路，又能在它們內(nèi)部產(chǎn)生什么活動模式。
 

       目前，大多數(shù)研究途徑都是在破壞神經(jīng)元后才能發(fā)現(xiàn)其對于哪種特定的行為是必須的。而研究團隊希望能在不損壞神經(jīng)系統(tǒng)的情況下，通過“挾持”關(guān)鍵神經(jīng)元來管控行為，強迫動物作出他們所期望的動作，并繪制出整個神經(jīng)系統(tǒng)的連接圖。
 

       借助遺傳工具，研究人員設計出神經(jīng)元能夠發(fā)出熒光的線蟲，這使科學家能輕松對它們進行追蹤。同時，他們還修改了線蟲神經(jīng)元的光敏基因，這意味著其可以被激光脈沖激活。但最大的挑戰(zhàn)在于研發(fā)追蹤線蟲所需的硬件設備及在瞬間瞄準所需的神經(jīng)元。他們表示，他們的目標是只激活一個神經(jīng)元。由于動物在不停地運動，以及大量的神經(jīng)元都聚集在生物頭部附近，使得實現(xiàn)這點很具有挑戰(zhàn)性。因此就需要獲得動物的影像，并對圖片進行處理，識別出神經(jīng)元以追蹤動物，再將激光射向特定的神經(jīng)元。這一切需要在20毫秒內(nèi)完成。
 

       為了克服這些挑戰(zhàn)，科研小組最終使用了可移動桌面以保持爬行的線蟲能一直處在攝像機和激光下方的中間位置。他們還定制了計算機的軟、硬件，以保證這一系統(tǒng)能在極短的時間內(nèi)正常工作。實驗結(jié)果顯示，新系統(tǒng)不僅能夠控制線蟲的行為，使其按要求左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或沿環(huán)形爬動，還能控制它們的感覺。例如科學家就利用該系統(tǒng)哄騙了線蟲的大腦，使其認為食物就在附近，興沖沖地直奔想象中的“大餐”。
 

       下一步，科研團隊將繼續(xù)探索新系統(tǒng)還能操控線蟲做出哪些行動。同時，他們也將對現(xiàn)有的攝像機和計算機硬件系統(tǒng)進行改進和升級，希望將該系統(tǒng)的運行速度從20毫秒加速至1毫秒，使其能應用于斑馬魚等更復雜的動物。