-
相关专题
布朗大学的研究人员在非人类的灵长动物(猴子)一项研究中,他们利用光遗传学技术进行大脑回路的干扰,结果显示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。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。相关文章发表于2013年12月12日的《Current biology 》杂志上。
Cell 子刊:布朗大学将光遗传学技术成功应用于猴子大脑回路
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。
电刺激和光学刺激干扰大脑实验比较
布朗大学的研究人员决定研究,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。
光遗传 学技术的优点
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。
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。
原文摘要:
Optogenetic and Electrical Microstimulation Systematically Bias Visuospatial Choice in Primates
Ji Dai, Daniel I. Brooks, David L. Sheinberg
Optogenetics is a recently developed method in which neurons are genetically modified to express membrane proteins sensitive to light, enabling precisely targeted control of neural activity. The temporal and spatial precision afforded by neural stimulation by light holds promise as a powerful alternative to current methods of neural control, which rely predominantly on electrical and pharmacological methods, in both research and clinical settings. Although the optogenetic approach has been widely used in rodent and other small animal models to study neural circuitry , its functional application in primate models has proven more difficult. In contrast to the relatively large literature on the effects of cortical electrical microstimulation in perceptual and decision-making tasks , previous studies of optogenetic stimulation in primates have not demonstrated its utility in similar paradigms. In this study, we directly compare the effects of optogenetic activation and electrical microstimulation in the lateral intraparietal area during a visuospatial discrimination task. We observed significant and predictable biases in visual attention in response to both forms of stimulation that are consistent with the experimental modulation of a visual salience map. Our results demonstrate the power of optogenetics as a viable alternative to electrical microstimulation for the precise dissection of the cortical pathways of high-level processes in the primate brain.