科学家将蓝色LED植入老鼠大脑 实现远程控制

利用老鼠自体的能量传送到植入装置，使其发蓝光从而刺激腿部神经。(摄影：Austin Yee )

　　首发100% 生物体内部能源驱动光遗传学的组合装置

　　借由老鼠自体能量转换而成的能源，驱动微型无线遥控装置并使其内部蓝色LED发光，利用光线控制老鼠大脑神经细胞、脊椎或四肢。这个设计是由斯坦福大学的Bio-X团队研发，是第一个以完全植入的方式传送光遗传学神经刺激的装置。

　　这是一个结合了光遗传学—利用光控制大脑活动的研究—以及新发明的无线植入装置的迷你驱动器。该装置大幅扩展了研究范围，使研究人员能够让植入装置的老鼠在开放空间自由的和其他生物互动。这项研究于8月17日的Nature Methods刊出。

　　惰性激发灵感老鼠化身无线接收器

　　传统上光遗传学需要有光纤连接到老鼠头部，以发出光线并控制神经。这个局限的装置虽然可让老鼠在笼子里活动，但是无法像没有戴光纤的老鼠那样自由行动。而且以前的实验中，科学家必须接触到老鼠才能装上光纤，有可能因此造成老鼠的压力而改变实验结果。

　　这些不得已情况都局限了光遗传学所能带来的贡献。科学家已经有一些研究斩获，包含如何阻断阿兹海默症病患的手震问题以及神经元传递痛觉的功能和中风可能的治疗方法。但是，如果研究像沮丧或焦虑等与社交互动有关现象，或需要使用迷宫等其他较复杂研究时，戴着光纤进行实验就令人伤脑筋。

　　Poon精通制作微型可植入的无线电力装置。尽管这样的能力看似对光遗传学的领域毫无用处，但是Poon参加了一个结合神经学和电机的神经工程工作坊，才发掘这种迷你装置的用处。

　　在大家跟进制作类似装置，使得锡箔帽子横扫网路之前，请大家认知到：光遗传学只能作用在经过设计的神经上，而且必须存有对光线有反应的蛋白质。在实验室里科学家有的会利用自行繁殖、神经带有这类蛋白质的老鼠进行实验，或者他们会设法注射带有这类蛋白质DNA的病毒到老鼠身上牙线粗细的神经上。一般未经设计的神经元不管是透过光纤或无线装置，都无法发光。

　　Poon表示，研发这样的微型发光装置不是难事。在工作坊结束后几个月内，她和同事就成功研发出这种装置。最大的困难在如何大范围启动装置(发光)且不用向效能妥协。

　　在行为实验中，老鼠会四处移动，而研究人员必须要能够追踪活动，才能提供能量。Poon知道其他实验室的解决办法是在老鼠头上装着庞大累赘的装置，还缠绕着复杂的线圈和感应器以追踪老鼠。

　　Poon表示：“我们懒得那样做，感觉那样很费工且吃力不讨好。”

　　所以Poon有一个疯狂的替代方案，把老鼠自体能量转换成无线频率能量，并设定成能够跟老鼠自体共鸣的频率。尽管听起来疯狂，但是真的有效，Poon也将这个研究发现投稿到Physical Review Applied并于8月4日出版，共同作者是John Ho和Yuji Tanabe。

植入无线电力装置能够发光并刺激老鼠的大脑、脊椎或四肢。(摄影：Austin Yee )

　　成功转换能量让老鼠发光

　　虽然有了初步概念，但是一开始并不知道如何制作能够放大、储存无线频率能量的空间。她和Tanabe找上了在国家加速器实验室(SLAC)研究中心工作过的Tanabe父亲帮忙。Tanabe的爸爸称这个完工的空间为“幼稚园计划”，但是这个幼稚园计划确实管用。

　　本来在一空间里，能量会朝全方位发散放射。但是在实验中，研究人员用网格包覆整个空间，每个网格的空隙比能源的波长还要小，于是能量就被隔在这个空间里了。

　　关键在于网格带有转HUA空间。例如老鼠的脚如果伸过来，就能够接触到所有阁在空间中的能量。而这频率正好是老鼠体内能够共鸣的频率。于是老鼠就成为导体，将能量从这个空间中释放出来，导入身体，而身体中的能量则由一段老鼠体内装置上2公厘大小的线圈拦截。

　　不管老鼠怎么移动，它的身体都会接触到能量，并且将能两导入驱动装置。老鼠没有接触到的地方则不会有能量散失的情况。也就是说老鼠成为自己的移动电源。

　　这个传输能量的新方法让团队能够利用这么小的装置驱动能量。而且在这个情况下，大小很关键。这个装置是第一个利用无线光遗传学原理，能将这么小的装置植入生物皮下，且能够驱动肌肉或其他器官，在之前的光遗传学领域前所未见。

　　团队表示，这个装置的新颖驱动机制开启更多心理健康及并、行动及并和内脏疾病的研究可能性。研究团队得到史丹佛Bio-X资助，能够更深入研究慢性疼痛的疗法。