控制動(dòng)物神經(jīng)和肌肉用上LCD投影儀

　　據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，在最近一項(xiàng)動(dòng)物神經(jīng)功能線路研究中，美國(guó)科學(xué)家用普通液晶顯示器LCD的投影儀實(shí)現(xiàn)了對(duì)小動(dòng)物大腦神經(jīng)和肌肉的控制。他們對(duì)一種蠕蟲(chóng)進(jìn)行基因改造后，用投影儀的紅色、綠色和藍(lán)色光激活其光敏微生物蛋白，就能開(kāi)關(guān)它的神經(jīng)和肌肉。發(fā)表在《自然·方法學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上的論文詳細(xì)描述了這種廉價(jià)照明技術(shù)如何精確控制蠕蟲(chóng)的位置、動(dòng)作持續(xù)及頻率。

　　用LCD技術(shù)控制動(dòng)物屬于光學(xué)和基因技術(shù)的交叉領(lǐng)域。開(kāi)發(fā)出這種新技術(shù)的佐治亞理工學(xué)院化學(xué)與生物分子系副教授陸航音譯帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)表示，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)極大地提高了研究觀察能力，能在動(dòng)物體上實(shí)現(xiàn)控制、轉(zhuǎn)換，同時(shí)觀察神經(jīng)元、肌肉和傳導(dǎo)路線產(chǎn)生動(dòng)作的整個(gè)過(guò)程。

　　他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中用了一種秀麗隱桿線蟲(chóng)Caenorhabditis elegans，用改造過(guò)的LCD投影儀在它身上投射彩色光。投影儀的紅色、綠色和藍(lán)色通道相互獨(dú)立，分別激活對(duì)不同顏色敏感的細(xì)胞。照明系統(tǒng)連在一個(gè)顯微鏡上，再接上視頻跟蹤儀。把光定在線蟲(chóng)身體的某個(gè)部位，就能跟蹤記錄它的各種動(dòng)作。光的位置、強(qiáng)度和顏色能以低于40毫秒的速率更新變換。

　　通過(guò)刺激線蟲(chóng)的興奮與抑制機(jī)械感知神經(jīng)元和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，還可以開(kāi)發(fā)出一種秀麗隱桿線蟲(chóng)的“觸覺(jué)”神經(jīng)線路原型，專門研究線蟲(chóng)的神經(jīng)功能。在首次實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)蠕蟲(chóng)向前爬時(shí)，他們用光對(duì)線蟲(chóng)頭部進(jìn)行規(guī)律的間隔照射，其頭部會(huì)產(chǎn)生盤卷效果，讓它按三角形路徑爬行。在另一次實(shí)驗(yàn)中，他們沿線蟲(chóng)身體從頭到尾地掃描照射，當(dāng)照亮它近頭部的神經(jīng)元時(shí)，它會(huì)向后爬行；而照亮其近尾部的神經(jīng)元時(shí)會(huì)向前爬行。此外，光照強(qiáng)度也會(huì)影響它的行為，不同波長(zhǎng)會(huì)激活不同的感光基因。

　　該技術(shù)能在各種條件下對(duì)多種動(dòng)物進(jìn)行檢驗(yàn)，研究人員也在如斑馬魚(yú)和果蠅幼蟲(chóng)等其它小動(dòng)物身上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?！斑@種儀器讓我們能在一個(gè)完整的生物體系統(tǒng)中，在限定的時(shí)間和位置上，明確控制生物的行為，更精確細(xì)微地分析動(dòng)物的神經(jīng)功能路線?！标懞秸f(shuō)，“照明系統(tǒng)的核心部件是很容易買到的投影儀，整個(gè)系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性大大降低，我們希望通過(guò)研究共享，拓寬這種工具的使用范圍?！闭彰飨到y(tǒng)可以用作生物系統(tǒng)對(duì)機(jī)械、熱力和視覺(jué)刺激產(chǎn)生反應(yīng)的評(píng)價(jià)工具，而這種方法得到的行為數(shù)據(jù)是用其他手工分析、激光切除細(xì)胞或神經(jīng)傳導(dǎo)素遺傳控制無(wú)法獲得的。

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