在紧密连接的大脑网络中,刺激一个神经元可以解读很多回路。最近光遗传学(optogenetic)研究进展飞速。它让研究者能够用光来激活或抑制神经元控制大脑回路,直接演示神经元应激表现出的行为结果。使得研究人员能够获得关于大脑和脊髓回路的一些重要信息。应用研究领域涉及神经科学研究的多个方面,包括神经环路基础研究、学习记忆研究、成瘾性研究、运动障碍、睡眠障碍、帕金森症模型、抑郁症和焦虑症动物模型等应用,都获得了振奋人心的实验结果。但是12月9日发表在Nature 上的一篇文章声明:运用光遗传学等技术和用药物来实现的干预可能会引领研究者获得过于夸大的结论。
在大鼠和斑马雀的研究结果中,哈佛大学神经科学家Bence ?lveczky的发现刺激大脑的某一部分所引起的行为也包含其它一些同时激发但是不相关的行为,所以从结果来看好像这些不相关的行为中包含的神经回路也包含在刺激所产生的行为中。
lveczky指出尽管某些技术,如光遗传学的运用表明一个回路可以行使一项功能,但是它们还不能充足地证明某回路起那样的功能。他说“我不能说其它研究是错的,但过度夸大是危险的”。
意外得来的实验结果
lveczky和他的同事是在研究训练了的大鼠按杠杆时碰巧发现这个差异的。他们对包含爪子活动的运动皮层注射了一种叫 muscimol的药物,它会暂时锁闭神经元。实验动物就再也做不出之前的行为,这样的结果会被认为大脑这个区域的神经元对于这个表现是必须的。
但当?lveczky注射药物时意外破坏了一个动物的运动皮层时意想不到的结果出现了,他决定用毒素永久性地破坏大脑的一部分,看这样的破坏是否和短暂封闭有同样的效果。当研究者十天后测试这个老鼠时发现,它还能正确地按杠杆,尽管损坏刚出现时不能执行这个任务。这个观察表明受伤的回路没有真正包含到第一步的行为中去。没有经过训练大脑是不能简单地转到利用另一个回路,研究者总结为他们的muscimol实验封闭了一些回路,其中的某些包含在按杠杆的行为中。当研究者在多个大鼠身上重复实验获得短暂与永久破坏的差异是支持之前的结论的。当研究者将光敏感蛋白注射到运动皮层时,让光激活阻滞神经元,发现光遗传学操作也会让大鼠不能按杠杆。
眩晕的鸟儿
研究者下一步转向了斑马雀,这些鸟儿的大脑已经得到很好的分区研究,因为它们生命幼年期能够学唱求偶歌曲。?lveczky和他的同事用muscimol短暂封闭了鸟儿大脑里叫核界面(Nif)的区域。Nif本身并不是鸟儿歌唱必须的,如果Nif永久损坏了鸟儿依然能够唱歌,但是它连接着对唱歌关键的神经元。
当研究者将Nif短暂抑制后,鸟儿的歌曲失去了它们的结构都混乱了。?lveczky认为大脑的不同区域是交织在一起的,突然改变某个区域例如Nif,会引起脑部的其它连锁反应,这也会影响引起一些通常不依赖于这个区域的行为。
这个能在多物种中体现的现象让Richard Mooney,杜克大学的研究鸟类歌唱神经生物学家留下深刻印象。他认为这个发现很重要。基于现行知识的很多实验都是关于一个行为对应的大脑回路。他告诫说,实验生物学家在用短暂时效的技术对大脑新回路定区域时要谨慎小心。
Evan Feinberg, 旧金山加州大学的神经科学家说:“这个研究很好地提示了我们没有完美的技术”。
光遗传学的先锋,斯坦福大学的Karl Deisseroth说他并不奇怪永久和短暂损伤引起不同的行为效果。因为大脑是个动态的系统,在不同的时间范畴起作用,任何一种干预的得到的结果也只是管中窥豹。
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