Cell：科学家成功利用激光束来重编程大脑的GPS系统

2020年11月11日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一项刊登在国际杂志Cell上的研究报告中，来自英国伦敦大学学院等机构的科学家们通过研究利用激光束开启了小鼠大脑中神经元的表达，这或为阐明大脑记忆发挥背后的工作原理提供新的思路，也揭开了记忆力支持大脑内在GPS系统的分子机制。文章中，研究人员解释了他们如何借助双激光器（twin lasers）利用一种全光学技术，当小鼠在虚拟现实环境中进行导航时读取并写入其大脑中位置细胞（一种神经元类型）的活性。

值得注意的是，当刺激位置细胞，科学家们就能重新激活或检索小鼠获得奖励地方的记忆，这反过来会在精神上传输信息，从而促进小鼠表现出好像其在奖励的地方的行为。位置细胞被认为能代表环境的认知地图（就好像内在的GPS一样），其能帮助机体保持位置记忆，这项研究中，研究人员首次直接揭示了位置细胞活性或许是大脑表现出导航能力的基础。本文研究结果或能帮助研究者深入理解大脑记忆被储存的机制，同时还有望帮助开发出治疗诸如痴呆症和阿尔兹海默病等影响记忆的疾病的新型疗法。

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研究者Nick Robinson说道，本文研究结果提出了直接的因果证据表明，小鼠能利用位置细胞活性所代表的信息来指导其行为，换句话说，位置细胞能告诉小鼠其所处的未知，实际上当小鼠做出决定时，其能够倾听位置细胞；相关研究有望帮助阐明大脑中记忆被储存的机制，同时还能帮助开发新工具来操作影响机体行为的大脑记忆。研究者表示，诸如阿尔兹海默病等记忆障碍对全社会带来了非常巨大的代价，本文研究或许有望改变游戏规则，因为研究人员能在操控大脑记忆的特定神经元中利用光学读写能力，这样就能够深入理解并潜在改善神经回路活性帮助我们制定决策的过程。

这项研究中，研究人员利用了一种强大的方法，将两种革命性的技术相结合并使用光学技术读写大脑中的电活性，首先他们对神经元进行工程化修饰使其能表达在遗传上编码的钙离子传感器，从而就能促进细胞发光；其次，研究者在相同的神经元中表达出了光敏感的“光遗传学”蛋白，并能利用激光束来促进其激活特定的细胞。通过结合上述两种技术，研究人员就能记录并操控在虚拟现实环境中的小鼠大脑中相同神经元的活性。

这样一来研究人员就能对在虚拟世界中进行导航的小鼠海马体中的位置细胞进行靶向性激活，首先研究者在光学上记录了海马体中大量位置细胞的活性，并识别出了能在奖赏位置发生激活的位置细胞，这或许就形成了位置信息的记忆基础，随后研究者使用全息定向激光束在虚拟世界的不同位置激活了这些特定的位置细胞；最后研究者表示，值得注意的是，位置细胞的激活就足以帮助检索关于奖惩位置的记忆，从而就能引导小鼠在新的位置寻找奖励，换句话说，光对神经元的刺激会在精神上传递给小鼠机体，从而就会使其表现的像在被奖励的地方一样，本文研究中，研究人员首次阐明了位置细胞的激活如何促进其检索机体对环境的记忆并帮助机体进行导航。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Nick T.M.Robinson，Lucie A.L.Descamps，Lloyd E.Russell，et al. Targeted Activation of Hippocampal Place Cells Drives Memory-Guided Spatial Behaviour， Cell (2020). DOI:10.1016/j.cell.2020.09.061