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我们可以用近红外光激活通道视紫红质

在天黑之前,你不能在很远的地方或者在海洋表面以下的地方进行对等 - 光线不能穿透到这样的深度。虽然大脑远非无底,但神经科学家在尝试研究生活的深部脑结构时仍会面临同样的缺乏光线。

鉴于光遗传学(一种用光操纵基因标记的脑细胞的方法)在过去十年中迅速普及,这尤其令人沮丧。RIKEN脑科学研究所的研究小组负责人Thomas McHugh说:“光遗传学已成为控制实验室神经元的革命性工具,并且希望有一天能够在诊所进行。”“不幸的是,在脑组织内传递光线需要侵入性光纤。”

McHugh及其同事现在有了一种解决方案,可以将光发送到大脑的新深度。正如他们在2月9日在“科学”杂志上报道的那样,上转换纳米粒子(UCNPs)可以作为从头骨外部传递的激光的导管。这些纳米粒子吸收近红外激光,并将可见光子发射到标准光遗传学无法进入的区域。该方法用于打开各种脑区域的神经元以及沉默癫痫发作活动并唤起记忆细胞。“纳米粒子有效地扩展了激光的范围,实现了'远程'光传输,并可能导致非侵入性治疗,”McHugh说。

在光遗传学中,蓝绿光用于通过光响应离子通道打开或关闭神经元。然而,在这些波长处的光散射强烈并且在光谱的另一端处来自近红外光,其可以更深地穿透到脑组织中。由镧系元素组成的UCNP可以作为桥梁。他们的“光遗传驱动”将低能近红外激光转换为蓝色或绿色波长,以控制特定标记的细胞。虽然这种光的爆发将相当大的能量传递到一个小区域,但没有观察到温度升高或细胞损伤。

除了激活神经元之外,UCNP还可以用于抑制,例如用于平息小鼠中的实验性癫痫发作。研究人员将纳米粒子注入海马中,然后用激光脉冲激活它们。在这些小鼠中,过度兴奋的神经元被有效地沉默。在称为内侧隔膜的另一个大脑区域,纳米粒子发出的光有助于在称为θ周期的重要脑波中同步神经元。在具有学习恐惧记忆的小鼠中,与这些经历相关的冷冻行为是由蓝光发射的UCNP引起的,也是在海马体中。神经激活,抑制和记忆回忆效应仅在接受纳米粒子介导的光遗传学刺激的小鼠中观察到,

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