摘要：光遺傳學是我們這個年代的奇跡，神經科學家們能利用光脈沖打開或關閉腦細胞。但直到現在為止科學家們仍面臨著一個顯而易見的難題：如何能將光脈沖輸送到藏在動物頭蓋骨中的腦細胞里呢？
光遺傳學是我們這個年代的奇跡，神經科學家們能利用光脈沖打開或關閉腦細胞。但直到現在為止科學家們仍面臨著一個顯而易見的難題：如何能將光脈沖輸送到藏在動物頭蓋骨中的腦細胞里呢？
近日，斯坦福大學一組神經科學家在 IEEE Spectrum 11 月刊上發文介紹了他們在腦機接口上的最新研究成果。Integrated Biomedical Systems 實驗室的 Ada Poon與同事發明了一種微型的無線LED設備，該設備能完全被植入白鼠的皮膚下。白鼠在到處跑的時候，研究人員們能利用這一設備打開光線，刺激白鼠的神經元，讓人們可以通過無線的方式控制小鼠在籠子里的移動方向。
研究者使用了植入在白鼠頭里面和腿部神經上的 LED 設備來刺激經過了基因修改的神經元——這些神經元會對閃光做出反應。這種光遺傳學技術（optogenetic technology）可以讓研究者準確控制某一組神經元然后研究其結果。這些無線供電的植入物只有大約一顆胡椒大小，這種胡椒大小的設備只有之前的光遺傳學設備的 1%。我們的白鼠身上沒有線纜、電池或古怪的頭戴設備，所以它們可以自由地移動——這是進行常見的迷宮或游泳等測試的必備要求。新設備由一個電力接收線圈、芯片和LED組成，其重量在20-50毫克之間(一只小白鼠的頭重約2克)。它的小體積意味著它不僅能被植入大腦，還能被植入脊椎或四肢，允許研究人員們利用光遺傳學刺激脊髓和周圍神經。研究人員指出利用現成組件和工具即可完成植入，他們希望科學界能盡快采用這一設備。
在過去五年內，研究人員們一直在研究無線系統，在該系統中將會由一個頭戴式設備接收信號來刺激或觸發植入LED。然而，某些接受裝置比白鼠的腦袋更重，同時它們還干預了白鼠的移動及與其它白鼠交流的自由。這種直接的大腦控制曾經只屬于科幻。但隨著光遺傳學這項新技術的出現，我們可以使用光來啟動腦細胞和激活特定的神經回路，并觀察其對生物的生理和行為的影響。這種研究的目標是為了通過對神經系統更好的理解和這項技術可能的臨床應用尋找其對醫學的好處。
為了解決追蹤問題，研究人員開始將一個無線電信標或位置傳感器裝到白鼠的頭部或腳部，但是這些系統太復雜了。我在白鼠自己的體內找答案。每一個物體在碰上特定頻率的電磁波時都會自然地產生共振，這是由物體的幾何結構和材料屬性決定的。首先波能在白鼠圍欄的網格地板下面特定大小的諧振腔內產生共振，這能使能量很巧妙地儲存下來。射頻波也會在白鼠體內產生共振，所以白鼠接觸地板的每一點都允許能量流入白鼠的身體中，并經過組織到達植入的接收線圈。我的團隊使用計算機程序為白鼠的身體建立了一個模型，將白鼠們的平均形體、組織絕緣性能等信息插入進去，然后我們使用模擬器解出這種實驗白鼠的共振頻率。
如果我們能夠知道個人的記憶儲存在哪里，并且能夠使用工具找到方式接觸到它們，我們的工作就會直接影響到臨床研究。可以幫助科學家發現導致人類患病的相似模式，能讓這些病人記得更多有用的事情，比如說在他們的生活中發生的一些大事兒，或者是他們所愛之人的臉龐。隨著光遺傳技術越來越發達，做出更加精細的大腦研究對我們來說也變得越來越容易。
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