用光做大脑神经的开关

但是直到现在，科学家们仍然面临一个明显的问题:光脉冲是如何传递给隐藏在动物头骨中的脑细胞的？

现在我们已经从斯坦福大学实验室的艾达·潘那里得到了最好的答案。她和她的同事发明了一种微型无线发光二极管装置，可以完全植入老鼠的皮下。当老鼠到处跑的时候，研究人员可以用这个装置来打开灯，刺激老鼠的神经元，使它们的表现多少有些异常。发表在《自然方法》杂志上的这项研究，似乎比以前使用有线或笨重的头戴式设备激活光交换技术有了质的飞跃。

这项技术使用了能够对光做出反应的基因改变的神经元。这种神经元通常会引入绿藻株的基因。研究人员可以控制老鼠大脑中包含光敏神经元的部分。同时，他们可以研究大脑这一区域的功能，并通过激活这些神经元(基本上是打开或关闭这些神经元)来观察老鼠的行为。科学家可以用这种方法来了解基本的大脑解剖或研究人类脑部疾病的功能障碍。

第一个光遗传学系统使用光纤电缆传输光，这意味着老鼠的头部会有电线穿过，不能四处移动。在过去的五年里，研究人员一直在研究一种无线系统，在这种系统中，头戴式设备将接收信号以刺激或触发发光二极管植入。然而，一些接收装置比白老鼠的头部重，并且它们也干扰白老鼠的移动和与其他白老鼠的*交流。

这种新设备由一个受电线圈、一个芯片和一个发光二极管组成，重量在20到50毫克之间(一只老鼠的头部重约2克)。它的小尺寸意味着它不仅可以植入大脑，还可以植入脊柱或四肢，这使得研究人员能够利用光遗传学来刺激脊髓和周围神经。研究人员指出，植入可以通过使用现成的组件和工具来完成，他们希望科学界能够尽快采用该设备。

在庞氏系统中，老鼠将被放置在一个叫做共振腔的小房间里。当植入物的功率接收线圈与空腔中的电磁场共振时，可以提取射频能量。因为老鼠在室内的任何地方都能接收到相同的能量，所以没有必要安装带有指向天线的跟踪系统。

在研究人员建立了这个系统之后，他们进行了三次概念验证实验，以证明它刺激大脑、脊髓神经和外周神经的能力。在大脑中，他们刺激老鼠的右前运动皮层，使老鼠在房间里绕圈行走。在脊椎中，他们发现刺激脊髓神经的上部可以更好地影响小鼠神经元的活动。

最后，对于周围神经系统，研究人员将发光二极管装置植入老鼠的后肢，以刺激它们后肢的疼痛神经。他们把白老鼠放在一个两室结构中，当接受刺激时，白老鼠可以在共振室和“安全”室中*移动。当灯打开时，老鼠走进他们感觉不到疼痛的房间。

这些实验的重点不是伤害老鼠，而是强调神经科学家已经开发了一种很酷的新工具和新方法来解决大脑之谜。