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  • 图文:克里斯蒂娜达尼洛夫

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  • This image shows a map of neural activity in the awake mouse brain, top, and pattern of brain communication when the sensory projection neurons are optically driven, bottom. The hotter colors indicate higher c要么relation.

    This image shows a map of neural activity in the awake mouse brain, top, and pattern of brain communication when the sensory projection neurons are optically driven, bottom. The hotter colors indicate higher c要么relation.

    Images: Mitul Desai, Itamar Kahn, Ed Boyden and Chris Mo要么e

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照亮脑

Neuroscientists’ new technique can stimulate brain cells, then reveal how those neurons influence the rest of the brain.


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有在人脑中约100十亿神经元,而且每一个属于阐述控制我们的行为,思想和情感网络。从单个神经元的消息可以在其他脑区产生深远的影响,但这些关系很难用目前的技术破译。

帮助映射的网络中,一队来自澳门太阳城最新网站的研究人员,哈佛大学,波士顿大学和塔夫斯大学已经开发出一种选择性激活清醒小鼠大脑与光的神经元,然后跟踪在其他脑区产生的活动,用脑-scanning技术称为功能性磁共振成像(fMRI)。

By comparing this data to human fMRI brain scans, researchers could learn a great deal about the underlying brain circuits involved in disorders such as epilepsy, schizophrenia, autism and post-traumatic stress dis要么der.

“在所有这些情况下,能够对人类神经影像数据链接到产生这些模式的实际电路元件可能是非常强大的,”爱德华·博伊登,在澳门太阳城最新网站媒体实验室和论文的共同资深作者副教授介绍说:在DEC的新途径。 15个网络版 神经生理学杂志.

光控

新的技术,称为光电功能磁共振成像,建立在光遗传学 - 细胞的遗传工程,以光,这使科学家选择性地刺激或沉默单个神经细胞响应。光遗传学是由博伊登实验室和他的同事在过去的几年中率先推出的,在2010年,该杂志 自然方法 把它命名为“年度最佳方法。”

创建可以通过光来控制细胞,靶细胞基因工程化以产生蛋白质称为channelrhodopsins,其坐在细胞膜。那些信道控制离子流(带电分子)插入细胞中。泵送正离子到神经元改变其电压,然后激活它。

博伊登,谁也脑与认知科学和生物工程副教授,认识到光遗传学与fMRI的结合会允许他不仅控制神经元,还要确定这些神经元如何在大脑中影响其他目标。做出这方面,宝鼎与克里斯摩尔,在澳门太阳城最新网站大脑和认知科学的副教授,在使用功能磁共振成像研究感官知觉的专家联手。  

功能磁共振成像是一种脑成像技术,其允许科学家看到在大脑中,这表明在这些区域的活性血流。神经科学家用它来识别部分大脑期间某些行为是活动的,或者在人与神经系统疾病受损。功能磁共振成像能够活动的测量整个大脑清醒,提供评估一次整体工作的大脑的独特机会。

破译网络

新的文件,标志着第一次有人使用光遗传学和功能磁共振成像研究清醒小鼠。 (以前的研究着眼于麻醉动物。)与清醒动物的工作是比较困难的,因为如果动物的头被移动,产生的MRI图像会变得模糊。要克服这种情况,研究人员创建了一个新的实验装置,使他们能够在扫描过程中固定到位的动物的头。

“That’s a very big step, because otherwise you’re going to get very different answers, if you look at anesthetized animals only,” says Bruce Hope, seni要么 scientist at the National Institute on Drug Abuse.

博伊登,穆尔和他的同事也开发软件,可以分析fMRI数据和计算积极参与应对工作的基本大脑网络。 “这使我们能够在一个公正的方式调查这些神经网络,说:”博伊登。 “我们可以推动一个神经元,看看网络是它的下游,这是非常强大的。”

以测试他们的系统,研究人员插入channelrhodopsins到大脑的初级感觉皮层,这解释触觉和痛觉的感觉神经元。使用fMRI的,他们发现,这些神经元用灯,次级感觉皮层,其中另外的感觉处理发生,和初级运动皮层,它控制身体运动起动后,也成为激活状态。这个结果与先前已知的神经回路是一致的。

在今后的工作中,这种技术可以用来研究神经系统疾病的其中有大量的人力fMRI数据,但鲜为人知的是,控制大脑活动的基本神经回路。博伊登认为,这方面的工作,最终可能会导致定位到特定的电路,而不是特定的分子新药。

许多光源

在里面 神经生理学杂志 研究中,使用博伊登引导光到仅一个目标的可植入的光源。然而,在电气工程和计算机科学CLIF fonstad的澳门太阳城最新网站教授Vitesse公司合作,博伊登还开发出了可光到多个站点提供一个探头。新的微加工器件有12个平行的导光体,在不同的点的每个结束,因此它们可以被用于控制不同的神经元。

Using this probe, described in a recent issue of the journal 光学快报 500 Internal Server Err要么- 澳门太阳城网站-最新注册

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In future studies, he would like to combine the new multiple-fiber probe with the fMRI techniques. This would allow scientists to create m要么e comprehensive 3-D maps of the brain by measuring the roles of multiple regions in a circuit.

“We could perturb one site, observe which downstream sites are activated, and then perturb those downstream sites, iterating through the circuit in order to reveal how they all w要么k together,” he says.

在研究的主要作者是mitul德赛伊塔马尔卡恩的光电功能磁共振成像纸,和安东尼z要么zos用于微细加工波导纸。其他特约作者的研究包括ULF knoblich,杰克·伯恩斯坦,希沙姆阿塔拉,爱美阳,南锡·科尔,兰迪 - 巴克纳和安·格雷比尔。


主题: 脑与认知科学, 神经科学, 磁共振成像(MRI)

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