Cell子刊:光遗传学技术成功用于灵长类动物

光遗传学技术使人们可以通过可见光,对遗传学改造的脑细胞进行控制,这一技术已经在小鼠模型中取得了成功。现在,神经科学家们热切希望看到,光遗传学在复杂大脑中也获得同样的成功。 

Cell旗下的Current Biology杂志发表了一项新研究,用光遗传学技术对非人类的灵长动物(猴子)进行大脑回路的干扰,研究显示光遗传学技术比微电流干扰的效果更好。Brown大学的研究人员为了比较上述两种技术,检测了两种干扰对猴子视觉决策行为的影响。  “我们很高兴看到,电刺激和光学刺激在某种程度上起到了类似的效果,而且光学刺激特异性更强,”文章的资深作者David Sheinberg教授说。 

 如果光遗传学确实能够安全有效的应用于灵长类大脑,该技术就有望帮助人们诊断和治疗人类疾病。  Sheinberg和文章的第一作者Ji Dai决定研究,当个体面临两个相似物体时,对大脑LIP区域(lateral intraparietal)进行的光/电刺激,会对个体的选择有何影响。Sheinberg补充道,这一任务比此前的灵长动物光遗传学实验更为复杂。  研究人员设计的任务是,让猴子注视屏幕的中心地带,当“T”出现在屏幕边缘时朝字母看。有时它们需要快速在“T”和类似字符之间(如“+”)作出选择,这两个字符会同时出现在屏幕的相反边缘。如果此时猴子朝T看,就能获得奖励。  在开始上述实验之前,研究人员分别给猴子大脑LIP区域的一小群细胞,置入光或电传感器。他们先在屏幕上确定了,能引起上述细胞应答的区域,将其称为感受域。然后研究人员对细胞进行光刺激或电刺激,分析这些刺激对个体选择字符的影响。  研究显示,当字符出现在感受域时,两种刺激方法都能增加个体选择的准确性。另外,感受域出现干扰字符,会降低个体选择的准确性。 

换句话说,对特定LIP细胞群进行刺激,会显著影响个体对相应感受域的认知。当个体面临字符选择时,光刺激和电刺激都能够对其产生显著影响。  统计学分析显示,电刺激和光刺激基本上起到了相似的效果。

不过,光遗传学有一些独特的优势,Sheinberg说。  当字符出现在感受域以外的地方,电刺激减少了个体的反应时间,这说明电刺激的精确性可能要差一些。而光遗传学刺激,就不会产生这样的非预期效果。 

 此外,研究人员指出,在电刺激的同时很难记录神经元的电信号。而光遗传学技术可以很方便的实现这一点,有利于分析神经元的活性。 Sheinberg认为,光遗传学技术可以用来研究更为复杂的认知问题。“我们的目标是将它作为日常工具分析复杂问题中的回路,” Sheinberg说。