这个遥控大脑实验成功了，却吓坏了网友。不植入控制装置，能否远程“操控”生物大脑？《自然》子刊发表的一项新研究一发表就冲上了热搜：虽然这次的实验对象不是人类而是老鼠，但很多网友看完后的第一反应是“太危险了”，《有点反人类》：那么，这真的是一个特别可怕的技术吗？事实上，这项研究主要是通过一定的技术手段，用特殊的光线照射老鼠的头部，开启它的“运动模式”——忍不住想四处转转。可以说是真正的体育锻炼（手动狗头）。而且，该技术确实具有开创性。据斯坦福大学称，这是科学家首次成功地在不侵入大脑的情况下远程控制正常生物体的神经回路。整个过程中，没有植入任何装置，也没有对小鼠的头皮或颅骨造成损伤。同时，它不仅是一项技术探索，在神经系统疾病的治疗中也具有一定的应用价值。让我们详细看一下。利用近红外光远程控制脑细胞事实上，利用光来控制脑细胞已经是一项比较成熟的研究。最典型的技术之一就是光遗传学，它被《科学》杂志评为近十年来“生物领域十大突破”之一，甚至被预测为诺贝尔奖级别的研究成果（已被荣获“诺贝尔奖风向标”拉斯克奖）。这项技术也是斯坦福大学提出的，具体是指将外源性（非体内自然产生的）光敏蛋白基因导入脑细胞，让脑细胞在细胞膜结构上表达光敏蛋白。然后，用特定波长的光照射这些细胞，就可以控制光敏蛋白的激活和关闭，从而激活或抑制大脑中的神经元，达到“控制脑细胞”的目的。但是，这项技术一直有一个缺点——必须安装光学植入物，并且必须在头骨中插入光纤束带。这是因为光遗传学严重依赖可见光，而大脑是不透明的，可见光无法穿透。然而，植入装置不仅会造成组织损伤，还会限制生物体的自由运动，使得研究自然生物行为下的大脑神经活动变得困难。在最新的研究中，科学家们终于设法从老鼠的头部取出了植入装置。他们发现了一种近红外光，即1000-1700nm的第二近红外波段，可以在高度分散的脑组织中保持高穿透力。如何在不植入光学装置的情况下通过光信号控制脑细胞？这是指生物体中一种叫做TRPV1的蛋白质，它的发现者去年获得了诺贝尔生理学或医学奖。具体来说，它是一种辣椒素（产生灼痛和疼痛的物质）受体，它是一种对热和痛有反应的离子通道蛋白，对热和痛非常敏感。将其植入响尾蛇体内，可以让响尾蛇在黑暗中猎杀温血猎物；将它植入小鼠的视网膜视锥细胞，可以赋予它们红外光谱的视觉。然而，科学家将热敏分子植入小鼠神经元后，发现它对近红外光的热信号不起作用，因为光热信号还是太小了。这里的植入是指用包裹有TRPV1的腺病毒转染目标神经元，即将DNA、RNA或蛋白质导入细胞。因此，他们设计了一种名为MINDS的“传感器”分子，该分子旨在吸收和放大红外光。这样就完成了整个系统的原理设计。希望针对神经系统疾病的治疗，进一步开展实验，检验这一理论是否可行。科学家们首先在小鼠大脑运动皮层的神经元中加入TRPV1通道，然后注入MINDS分子，最后观察小鼠的行为。△秃头老鼠，光线更容易穿透他们惊奇地发现，当围栏上方1米处的红外线灯打开后，一开始只在小范围内活动的老鼠立即开始盘旋，大大增加了它们的活动范围。活动范围。黑线代表照射前的小鼠活动轨迹，红线代表照射期间，灰线代表照射后。对照组的小鼠没有这种反应。换句话说，近红外光可以刺激小鼠大脑的运动细胞。他们还将这两种分子依次注射到小鼠表达多巴胺的神经元中。两天后，他们在老鼠停留的Y型迷宫中放置了红外光聚焦装置。结果发现，小鼠对能刺激多巴胺神经元的红外光“上瘾”，并且在光中停留的时间最长。△不同颜色代表鼠标停留的时间，红色最长。好吧，它又起作用了。虽然运动神经元位于大脑的顶部，但多巴胺神经元位于大脑的底部，这表明这种用近红外光进行控制的非侵入性方法适用于大脑任何区域的神经元。据论文通讯作者洪国松介绍，这项研究的目的主要是通过这种非侵入性的方法来实现神经科学中最大的未满足需求之一——在小鼠自由活动（如社交）的条件下，观察并记录大脑深处特定脑细胞和回路的功能。此外，这种方法还有助于更好地理解人类认知系统。如果这项技术最终成熟，它可以在临床上用于调节患者大脑中特定的神经元回路，治疗一些神经系统疾病，例如癫痫。有网友在仔细阅读了这项研究后指出，这些研究不仅是探索神经元功能的非常重要的研究工具和方法，而且为研究大脑提供了极其重要的基础：有网友希望可以用于多用于治疗多种疾病，如老年痴呆症。研究来自中国团队这项研究是与斯坦福大学的洪国松团队和新加坡南洋理工大学的普坎团队合作完成的。作者有两位，一位是斯坦福大学的博士生吴翔，另一位是南洋理工大学的蒋玉燕。通讯作者为斯坦福大学材料科学与工程学院助理教授洪国松和吴蔡神经科学研究所（因吴明华-蔡崇信捐赠而更名）。他毕业于北京大学，获得学士学位。获得博士学位后斯坦福大学化学博士，后赴哈佛大学做博士后，2018年加入斯坦福大学，目前研究方向为材料科学和神经科学。△洪国松的共同通讯作者为新加坡南洋理工大学副教授朴坎义。此前毕业于华东理工大学，获学士学位。在复旦大学获得硕士学位后，他在新加坡国立大学获得博士学位，并在斯坦福大学从事博士后研究工作。研究方向为高分子材料和生物材料，包括纳米技术等，两位通讯作者的论文被引用次数也在20000+以上。△蒲侃一那么，您希望这项研究能应用到什么方向呢？论文地址：https://www.nature.com/articles/s41551-022-00862-w
