研究人员“重新编程”老鼠的脑细胞网络与薄的光束
神经元火在一起真的连接在一起,一项新的研究表示科学3磅重的,这表明计算机在我们头顶上可能比我们想象的更具延展性。
在最新一期的科学,哥伦比亚大学神经科学家证明一组神经元一起训练火一样可以重新激活一天后如果只有一个神经元网络中受到了刺激。虽然需要进一步的研究,他们的研究结果表明,激活神经元的组织可能形成学习和记忆的基本构建块,按心理学家唐纳德·赫布提问到的原假设在1940年代。
“我一直认为大脑主要是天生的,”说,该研究的资深作者,拉斐尔Yuste博士,哥伦比亚大学神经科学教授。然后我看到了结果,说:“神圣的魔草,这整个塑料。我们正在处理一个塑料电脑的不断学习和改变。”
研究人员能够控制和观察活老鼠的大脑使用optogenetic工具,已经彻底改变了神经科学在过去十年里。他们给老鼠注射一种病毒含有光敏蛋白质工程达到特定的脑细胞。一旦进入细胞,蛋白质允许研究人员远程激活神经元与光,好像打开电视。
鼠标被允许自由地在跑步机上运行,它的头还是在显微镜下举行。与一个激光器,研究人员通过其头骨光束光刺激的一小群细胞视觉皮层。第二束激光,他们记录下每个神经元的钙水平上升发射,因此成像单个细胞的活性。
光遗传学之前,科学家们打开颅骨和电极植入活组织与电刺激神经元,测量他们的答复。甚至1亿个神经元的老鼠大脑,近1000的大小我们太密集,近距离观察组神经元。
光遗传学允许人员进入大脑的变化和控制更精确。在过去的十年中,研究人员已经恢复了视觉和听觉失明和失聪的老鼠,和正常小鼠咄咄逼人,通过操纵特定的大脑区域。
突破,允许研究人员重组一群细胞在大脑经过了十多年的工作。在鼠标视觉皮层组织样本,Yuste和他的同事在《自然》杂志的2003年的一项研究表明,神经元协调他们的射击在小型网络称为神经集合体。一年后,他们证明了乐团发射了通过时间序列模式。
作为控制和技术观察细胞活体动物提高了,他们发现即使没有刺激这些神经乐团活跃。他们使用这些信息来发展数学算法寻找视觉皮层神经集合体。他们不能显示,因为他们之前的组织样本,神经乐团在活体动物在序列模式也火一个接一个。
目前的研究中科学表明,这些网络可以人为地植入和重播,正如Yuste说闻香识tea-soaked玛德琳小说家马塞尔·普鲁斯特回到他童年的记忆。
配对双光子激励与双光子钙成像技术允许研究人员记录单个细胞如何回应光刺激。尽管先前的研究目标和记录单个细胞没有证明,可以一起发射了一束神经元印记他们所谓的“神经微电路”住动物的大脑。
“如果你告诉我一年前我们可以刺激20神经元老鼠大脑1亿个神经元和改变他们的行为,我没有办法说,“Yuste说,他也是一个科学研究所的成员数据。“这就像重新配置三个沙粒在海滩上。”
研究人员认为,网络的激活神经元他们人为创造可能植入一个图像完全陌生的鼠标。他们正在开发一种行为研究,试图证明这个。
“我们认为,这些方法读写活动生活的大脑会产生重大影响的神经科学和医学,”说,这项研究的第一作者,在哥伦比亚大学博士后研究员路易斯Carrillo-Reid。
丹尼尔Javitt博士,哥伦比亚大学医学中心精神病学教授并没有参与这项研究,说工作可能被用来恢复正常连接模式在癫痫患者的大脑和其他脑部疾病。然而,重大技术障碍需要克服之前optogenetic技术可以应用到人类。
3亿美元的脑成像的研究部分的努力称为美国大脑活动,发展而成的一个提议早些时候Yuste映射和他的同事们开发工具大脑活动的果蝇更复杂的哺乳动物,包括人类。
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