登录

/

注册

首页 > 科技媒体 > 媒体详情
【光遗传学】操纵大脑回路的光遗传学技术和药物可能会出现实验结果陷阱
醉卧青云 2015-12-15
导语

大脑回路是大脑功能的重要基础,断开一个神经纤维联系都可以切断特定神经回路。目前神经科学家利用最先进的光遗传学技术和药物可以激活神经细胞放电,也可以切断目标神经通路。由于神经回路是一种网络结构,切断某一联系可能会对多种神经回路产生干扰,这正是导致某些科学家解析实验结果出现错误的重要原因。

操纵大脑回路的光遗传学技术和药物都可能会出现实验结果陷阱

大脑回路是大脑功能的重要基础,断开一个神经纤维联系都可以切断特定神经回路,神经科学家利用最先进的光遗传学技术和药物可以激活神经细胞放电,也可以切断目标神经通路。由于神经回路是一种网络结构,切断某一联系可能会对多种神经回路产生干扰,这正是导致某些科学家解析实验结果出现错误的重要原因。

2015年12月9日《自然》发表研究论文,对形成这一问题的原因进行了分析,并提出这一警告,以避免更多神经科学家误入歧途,得出莫名其妙的结论。哈佛大学神经科学家Bence Ölveczky等用大鼠和斑胸草雀为研究对象,发现刺激大脑一部分能诱导行为时能导致其他非相关脑区自发性兴奋,表现出似乎是刺激本身引起的行为效应。

研究发现

根据Ölveczky的研究,光遗传学技术刺激能诱导神经回路功能,但是表现出的功能不一定就是刺激目标本身的功能。他强调说不是指其他研究都是错误的,但这一研究提示许多研究有过度解释的危险。

Ölveczky等利用训练老鼠在一个特定的模式下按开关的实验时,给动物运动皮层注射蝇蕈醇暂时关闭参与肢体运动的部分神经元电活动,结果发现动物不能执行按开关任务,这一研究结果似乎可以合理解释为这些神经元是执行该任务必须的。

考虑到注射药物的操作意外会造成了动物运动皮层损伤,他决定使用一种毒素进行研究,这种毒素能永久破坏神经元,观察是否永久损伤和暂时功能阻断存在类似效果。

当他们用毒素破坏动物运动皮层神经元后10天,他们惊奇地发现,这些动物仍然能够执行按 开关任务。这说明破坏神经回路不能真正破坏在急性实验中发现的任务,也就是说目标刺激部位不是完成这种行为必须的回路,或者大脑能自动启动代偿功能完成该 任务。但是没有经过实践,大脑并不能简单地切换为备用神经回路。他们认为,开始用皮层注射蝇蕈醇实验可能同时关闭了多个神经回路,其中一部分参与目标任 务。该小组经过反复进行暂时和永久操作实验,最后用光遗传学技术也能达到破坏动物执行任务功能的目的。

然后用斑胸草雀进行研究,这种鸟的大脑已经被很好地定位,斑胸草雀的雌鸟喜欢以"歌"择偶,雄鸟谁经常"唱"且"唱"得久、调子多,谁就更受雌鸟的青睐。德国鸟类学家通过实验发现,雄性斑胸草雀声调越高越对雌性斑胸草雀有吸引力。雄性斑胸常用于脊椎动物脑、行为和演化研究的模型。

Ölveczky等用皮层注射蝇蕈醇实验临时阻断新纹状体中部界面核,界面核本身不是鸟唱歌所必须的核团,因为永久破坏界面核,鸟仍然能唱歌,但是界面核与大脑半球发声控制神经存在联系。

当对界面核进行临时激活时,鸟的声音失去了旋律。Ölveczky认为这里的神经活动会向与其联系的其他系统发出信号,这种信号虽然不是目标区域(发声)的必要信号,但是仍然能干扰目标大脑功能。

专门研究鸟叫的杜克大学神经生物学家Richard Mooney认为,这种现象在许多鸟都普遍存在。他认为这是一个非常重要的发现。

鉴于许多实验都是立足于现有知识与行为有关的回路,他警告说,使用瞬态技术大脑回路时应该谨慎分析实验结果。

初步的结论

加州大学旧金山分校神经科学家Evan Feinberg说,这一研究说明不存在完美的研究技术。斯坦福大学光遗传学技术先驱Karl Deisseroth说,他对暂时和永久操作大脑能产生完全不同的行为效应并不感到意外,因为大脑是一个动态系统,不同的时间进行操作产生不同的结果是很正常的。许多研究都是看其中一个侧面。

这个研究说明,生命科学研究,尤其是复杂的大脑,我们人类能了解的知识非常不全面,许多所谓研究都可能存在分析错误的问题。这告诉我们在对待科学研究时,需要冷静,需要给科学家更多时间。不要过于强调科学的好处,也不要过于夸大科学存在的失误。科学就是在不断纠正错误的历史上向前发展的。

人类科学原则最重要的特点是:承认自己无知。

(作者孙学军教授,授权发布,推荐孙老师的公众号:氢思语,国内最大的氢气生物医学平台,欢迎关注)

如若转载,请注明e科网。

如果你有好文章想发表or科研成果想展示推广,可以联系我们或免费注册拥有自己的主页

  • 生物医药
  • 光遗传学
  • 大脑回路
分享到
文章评论(0)
登陆后参加评论
作者 醉卧青云

博士生

哈尔滨工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


发布成功!

确 定 关 闭