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研究人员应用薄光束重新改编小鼠脑细胞网络
在Science杂志上的一项新的研究表明，同时激发的神经元真的会串联在一起，这表明：在我们头上"三磅重的计算机"可能比我们想象的更加具有延展性。
在最新一期的Science杂志上，哥伦比亚大学的神经科学家证明：如果神经网络中只有一个神经元受到刺激，那么几乎一天之后可同时被激发的一组神经元就会被重新激活。他们的研究结果表明，重新被激活的神经元组可能形成学习和记忆的基本构造单元，但还需要进一步的研究，其最初的假设由心理学家Donald Hebb在上世纪40年代提出。
哥伦比亚大学的神经科学教授，本项研究的通讯作者Dr. Rafael Yuste说："我一直认为大脑是不可改变的。但后来我看到了这个结果后惊叹：'天哪，大脑完全是可塑性的'。我们正在处理一台不断学习和变化的可塑性的电脑。"
研究人员通过应用最近十年中彻底改变神经科学领域的光遗传学技术来控制和观察一只活的小鼠的大脑，他们往小鼠体内注射了一种含有光敏蛋白的病毒，以便光敏蛋白能标记在特定的脑细胞上。一旦光敏感蛋白质进入细胞内，研究人员就可依赖光敏蛋白用光远程激活神经元，就像在电视上切换节目一样。
小鼠可以在跑步机上自由奔跑，而它的头部却始终在显微镜下。通过发射一束激光，研究人员将激光通过小鼠颅脑来刺激视觉皮层中的一小组细胞。之后发射第二束激光，当神经元被激发时，他们记录了每一个神经元被激发时钙水平的上升，从而得到单个细胞的活性成像。
在光遗传学发现之前，科学家必须要打开小鼠颅脑，然后在活体组织中植入电极，通过电刺激活体组织来记录他们的反应。然而，即使是只有我们人类近千分之一的含有1亿个神经元细胞的小鼠脑组织，它也太过密集而无法仔细观察到神经元组的反应。
光遗传学的出现使得研究人员可以非创伤性地进入小鼠大脑，并且更加准确地控制它。在过去的十年里，研究人员通过操控小鼠大脑的特定区域，已经恢复了失明和耳聋小鼠的视力和听力，以及使得正常小鼠变得更加具有攻击性。
这项允许研究人员重组大脑中细胞簇的突破性研究是超过十年工作成果的顶峰。
通过对小鼠视觉皮层的组织样本的研究，Yuste和他的同事发现在被称为神经系统的微小网络里神经细胞可以协调他们的刺激反应，并发表在2003年Nature杂志上。
一年之后，他们展示了神经系统是通过时序模式进行激发。
随着在活体内控制和观察细胞技术的不断进步，他们了解到：即使在没有刺激的条件下这些神经系统也是活跃的。他们利用这些信息开发了在视觉皮层中寻找神经系统的数学算法。他们在对早期的组织样本研究时发现：活体动物内的神经系统也可按照序列模式一个接一个的激发。
目前在Science杂志上的研究显示: 这些神经网络可以人工植入和重放，就像浸泡了茶水的玛德琳蛋糕促使小说家Marcel Proust回忆起他童年的记忆，Yuste说到。
双光子钙成像与双光子激发技术的结合使得研究人员可以记录单个细胞对光刺激的反应。虽然以前的研究也把单个细胞作为研究目标并且记录单个细胞反应，然而，没有人表明：在活体动物脑内一束神经元可以同时激发去标记他们所谓的"神经微电路"。
作为美国数据科学研究所的一员，Yuste说："如果你一年前告诉我：我们可以可以刺激小鼠大脑一亿个神经元中的20个神经元并改变他们的行为，我想说，我们办不到。""因为这就像在沙滩上重新排列三粒沙子一样困难。"
研究人员认为，他们人为制造的激活的神经元网络可能将一个完全陌生的图像植入小鼠脑内。现在他们正在开发一项小鼠的行为研究来尝试并证明这个猜想。
这项研究的第一作者, 哥伦比亚大学的博士后研究人员，Luis Carrillo-Reid表示："我们认为，将活动读取并写入到活体大脑的这些方法将会在医学与神经科学领域产生重大影响。"
哥伦比亚大学医学中心的精神病学教授，Dr. Daniel Javitt并没有参与这项研究，他说：这一工作可能被用于恢复患有癫痫和其他脑功能紊乱的人的大脑的正常连接模式。然而，在光遗传技术可以被应用于人体之前，主要的技术障碍需要被克服。
这项研究是3亿美元的大脑映射工作的一部分，也称为"美国大脑倡议"，而该计划的前身来自Yuste和他的同事们的一项早期的提案，它为开发用于映射果蝇大脑活动的工具，并用于更复杂的哺乳动物，包括人类。
原文阅读：https://www.sciencedaily.com/releases/2016/08/160811143528.htm
