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控制动物神经和肌肉用上LCD投影仪

据美国物理学家组织网报道,在最近一项动物神经功能线路研究中,美国科学家利用普通液晶显示器(LCD)投影仪实现了对小动物大脑神经和肌肉的控制。他们对一种蠕虫进行基因改造后,用投影仪的红色、绿色和蓝色光激活其光敏微生物蛋白,从而开关其神经和肌肉。该研究发表在《自然·方法学》杂志网络版上,详细描述了这种廉价照明技术如何精确控制蠕虫的位置、动作持续时间及频率。

用LCD技术控制动物属于光学和基因技术的交叉领域。佐治亚理工学院化学与生物分子系副教授陆航(音译)带领的研究团队开发出这种新技术。实验设计的照明系统极大地提高了研究观察能力,能在动物体上实现控制、转换,同时观察神经元、肌肉和传导路线产生动作的整个过程。

实验中,他们使用秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans),用改造过的LCD投影仪在其身上投射彩色光。投影仪的红色、绿色和蓝色通道相互独立,分别激活对不同颜色敏感的细胞。照明系统连接在显微镜上,再接上视频跟踪仪。将光定在线虫身体的某个部位,就能跟踪记录其各种动作。光的位置、强度和颜色能以低于40毫秒的速率更新变换。

通过刺激线虫的兴奋与抑制机械感知神经元和运动神经元,研究人员开发出一种秀丽隐杆线虫的“触觉”神经线路原型,专门研究线虫的神经功能。在首次实验中,当蠕虫向前爬行时,他们用光对线虫头部进行规律的间隔照射,其头部会产生盘卷效果,使其按三角形路径爬行。在另一次实验中,他们沿线虫身体从头到尾扫描照射,当照亮近头部的神经元时,它会向后爬行;而照亮近尾部的神经元时则会向前爬行。此外,光照强度也会影响其行为,不同波长会激活不同的感光基因。

该技术能在各种条件下对多种动物进行检验,研究人员也在斑马鱼和果蝇幼虫等其他小动物身上进行了实验。“这种仪器让我们能在一个完整的生物体系统中,在限定的时间和位置上,明确控制生物的行为,更精确细微地分析动物的神经功能路线。”陆航说,“照明系统的核心部件是很容易买到的投影仪,整个系统的成本和复杂性大大降低,我们希望通过研究共享,拓宽这种工具的使用范围。”照明系统可用作生物系统对机械、热力和视觉刺激产生反应的评价工具,而这种方法得到的行为数据是用其他手工分析、激光切除细胞或神经传导素遗传控制无法获得的。

(责任编辑:glia)