近日，一項刊登在國際雜志Cell上的研究報告中，來自英國倫敦大學學院等機構的科學家們通過研究利用激光束開啟了小鼠大腦中神經元的表達，這或為闡明大腦記憶發揮背后的工作原理提供新的思路，也揭開了記憶力支持大腦內在GPS系統的分子機制。文章中，研究人員解釋了他們如何借助雙激光器（twin lasers）利用一種全光學技術，當小鼠在虛擬現實環境中進行導航時讀取并寫入其大腦中位置細胞（一種神經元類型）的活性。
值得注意的是，當刺激位置細胞，科學家們就能重新激活或檢索小鼠獲得獎勵地方的記憶，這反過來會在精神上傳輸信息，從而促進小鼠表現出好像其在獎勵的地方的行為。位置細胞被認為能代表環境的認知地圖（就好像內在的GPS一樣），其能幫助機體保持位置記憶，這項研究中，研究人員首次直接揭示了位置細胞活性或許是大腦表現出導航能力的基礎。本文研究結果或能幫助研究者深入理解大腦記憶被儲存的機制，同時還有望幫助開發出治療諸如癡呆癥和阿爾茲海默病等影響記憶的疾病的新型療法。
圖片來源：CC0 Public Domain
研究者Nick Robinson說道，本文研究結果提出了直接的因果證據表明，小鼠能利用位置細胞活性所代表的信息來指導其行為，換句話說，位置細胞能告訴小鼠其所處的未知，實際上當小鼠做出決定時，其能夠傾聽位置細胞；相關研究有望幫助闡明大腦中記憶被儲存的機制，同時還能幫助開發新工具來操作影響機體行為的大腦記憶。研究者表示，諸如阿爾茲海默病等記憶障礙對全社會帶來了非常巨大的代價，本文研究或許有望改變游戲規則，因為研究人員能在操控大腦記憶的特定神經元中利用光學讀寫能力，這樣就能夠深入理解并潛在改善神經回路活性幫助我們制定決策的過程。
這項研究中，研究人員利用了一種強大的方法，將兩種革命性的技術相結合并使用光學技術讀寫大腦中的電活性，首先他們對神經元進行工程化修飾使其能表達在遺傳上編碼的鈣離子傳感器，從而就能促進細胞發光；其次，研究者在相同的神經元中表達出了光敏感的“光遺傳學”蛋白，并能利用激光束來促進其激活特定的細胞。通過結合上述兩種技術，研究人員就能記錄并操控在虛擬現實環境中的小鼠大腦中相同神經元的活性。
這樣一來研究人員就能對在虛擬世界中進行導航的小鼠海馬體中的位置細胞進行靶向性激活，首先研究者在光學上記錄了海馬體中大量位置細胞的活性，并識別出了能在獎賞位置發生激活的位置細胞，這或許就形成了位置信息的記憶基礎，隨后研究者使用全息定向激光束在虛擬世界的不同位置激活了這些特定的位置細胞；最后研究者表示，值得注意的是，位置細胞的激活就足以幫助檢索關于獎懲位置的記憶，從而就能引導小鼠在新的位置尋找獎勵，換句話說，光對神經元的刺激會在精神上傳遞給小鼠機體，從而就會使其表現的像在被獎勵的地方一樣，本文研究中，研究人員首次闡明了位置細胞的激活如何促進其檢索機體對環境的記憶并幫助機體進行導航。
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