[科技] 科学家能控制老鼠的意识


  科学家们发现,他们能转变老鼠的大脑行为,唤醒它们,或者让它们进入无意识状态。实现这一切的方式是,改变老鼠中央丘脑里的神经发射率。中央丘脑是负责管理觉醒的区域。这个研究结果,发表在eLIFE上,该项研究得到了美国国家健康学院的资助。


  “我们的研究结果表明,中央丘脑就像一个收音机转盘那样工作,它能把大脑调节到不同的行为和觉醒状态。”金永·李博士说,他是斯坦福大学神经学、神经外科和生物工程学的助理教授,也是本项研究论文的主要作者。


  丘脑位于大脑的深层内部,作为一个中继站,发送身体的神经信号给皮质。丘脑中央部位神经的损害,会让人的睡眠、注意力和记忆力出现问题。早期的研究发现,刺激丘脑神经可以将外伤性脑损伤的病人从最低限度的意识状态里唤醒。


  李教授的团队用激光脉冲照射到正在睡眠中的老鼠的敏感的中央丘脑神经上,使细胞发射。每秒达到40或100脉冲的高频率刺激能唤醒了老鼠。相反,每秒只有10脉冲的低频率刺激会让老鼠进入失神发作的联想状态,它们会变得僵硬,盯视某处,然后回到睡眠状态里。


  “这项研究是一个很大的突破,为我们进一步理解大脑电路如何进入睡眠和觉醒提供了数据。”


  科学家使用功能磁共振图像(FMRI)扫描大脑行为时,他们看到高低频刺激都能让老鼠进入完全不同的行为状态。当使用高频刺激时,皮质大脑区域被激发;而使用低频刺激时,皮质大脑区域被抑制。电子记录确认了这个观察结果。中央丘脑在高频刺激时,躯体感觉皮质的神经放射得更多,而低频刺激时,则发射得少。


  “李博士的突破性研究表明,用图像技术来研究大脑是可行的。”刘国英博士说,他是美国国家卫生研究所生物医学成像和生物工程项目主任。


  怎样改变同一区域里相同神经的发射率,使大脑的其他区域受到不同的影响呢?


  其他的试验表明,相邻大脑区域——未定带区域,在低频刺激下,其抑制神经采取独特放电模式,可以达到不同效果。这个大脑区域的细胞已被证明可以输送抑制信号给感觉皮层的细胞。


  电子记录表明,在中央丘脑的低频刺激下,未定带神经会在睡眠纺锤波模式下发射,也就是说,这种情形常发生于睡眠中。相反,在高频刺激时,睡眠梭纺锤波不会发生。而且,当科学家阻止中央丘脑低频刺激中的未定神经发射时,敏感皮质细胞的平均活动量增加了。


  虽然丘脑的深部脑刺激已经表明可以治疗外伤性脑损伤,但是通过这些治疗后,病人的意识层面的恢复较慢。


  “我们的试验展示了大脑电路对觉醒状态的管理,”李博士说,“我们希望使用这个知识开发较好的方案,治疗大脑损伤和其他神经失序疾病。”


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