幻觉制造实验：一片漆黑中，狂舔水管的小鼠看见了什么？
2019/8/21 22:01:28Nature自然科研 大象公会

     本文由《Nature 自然科研》授权转载，欢迎访问关注。

     原文作者：Sara Reardon

     行为学证据显示，只要靶向20个神经元，就能让动物“看见”图像。

     最近，科学家通过光线刺激小鼠的少量脑细胞，成功诱导出视幻觉。这一研究可以让研究人员进一步了解大脑是如何解读并处理双眼所看到的画面，有望开发出帮助视力损伤人士重见光明的设备。

    

     光脉冲可以操控神经元(此处为荧光显微图)。

     来源：Dr. Chris Henstridge/Science Photo Library

     这项研究于7月18日发表在《科学》上¹。作者采用的是光遗传学技术，这种技术可以用光脉冲控制脑细胞。此外，作者对小鼠进行了改造，让它们的神经元可以产生一种在受光照时放电的蛋白。

     在这项研究中，斯坦福大学的神经科学家Karl Deisseroth和同事尝试将图像植入大脑的视皮层中。视皮层通常负责将视网膜产生信息拼合成图像。

     随后，Deisseroth的团队让小鼠看水平或垂直的柱状条纹图片，训练小鼠在看到垂直条纹时舔一下水管。与此同时，研究人员对小鼠大脑进行监测，记录小鼠看到垂直条纹时，哪些神经元在放电。最后，作者在每个小鼠身上鉴定出约20个与垂直条纹图片始终相关的细胞。

     为了制造幻觉，研究人员用光线只对这些神经元进行照射，刺激它们放电。结果，这些小鼠都会舔水管，仿佛它们看到了垂直条纹一般。但事实上，它们周围一片漆黑。而当研究人员刺激那些与水平图片相关的神经元时，这些小鼠并不会去舔水管。

     艾伦脑科学研究所所长Christof Koch表示，这篇论文是研究技术上的杰作，也是光遗传学的进步。他说：“这是在弹思想的钢琴。”

     着眼长远

     萨塞克斯大学的神经科学家Anil Seth表示，目前尚不清楚这项最新研究中的小鼠是有意识地还是潜意识地“看见”了垂直条纹；想要解答这个问题，可能需要做一次不同的行为学实验。

     但是，他对这个方法的潜在应用感到非常激动。他说：“这种光遗传学技术颠覆了常规。”它们能让科学家直接操控大脑，而不只是观察大脑。或许还能制造出把感官信息直接输入大脑的假体。

     让Deisseroth感到不可思议的是，看起来只要刺激20个神经元就能让小鼠产生幻觉了。同时，考虑到这些神经元随机放电的可能性，他好奇小鼠为何没有不断地产生幻觉。

     但Koch表示，视皮层中的细胞只是大脑用来感知和解读图像的其中一环，是一连串神经元的第一个总开关。

    

     研究中的一只小鼠和一个生成图像的传感器。

     来源：Sean Quirin、James Marshel、Cephra Raja和Karl Deisseroth(斯坦福大学)

     与视皮层相连的其它脑区则会从整体角度去理解图像的含义。有些情况下，比如做梦时，大脑可以在不接收眼睛输入信息的情况下生成图像。

     视皮层中的总开关神经元可以有很高的特异性。在Koch团队2005年发表的一项研究中，受试者每次看到女演员珍妮弗·安妮斯顿的照片时，大脑的一个神经元就会放电²。但他说，目前还不清楚小鼠是否能以这种方式识别面部，但视力对于小鼠来说远没有对灵长类来得重要。

     未来视觉

     斯坦福团队的下一个挑战是，阐明感知特定图像的神经元是如何与解读视觉信息含义的脑区相连的。Deisseroth说：“故事才刚刚开始。”

     研究人员设计的这种技术依靠一组对暗红色光脉冲敏感的蛋白，来降低大脑过热的风险。研究人员希望这些蛋白能帮助揭示与感知其它视觉因素(如颜色和形状)以及其它类型感官输入(如声音和触觉)相关的神经元的功能。

     目前看来，要将光遗传学用于人类还有待时日。但研究人员已经在寻找其它通过刺激人脑来补充感官能力的方法。

     今年6月，美国洛杉矶一家名为Second Sight的公司公布了一项通过视皮层植入电极恢复盲人视力的临床试验结果。这些电极会根据佩戴在眼睛周围的摄像机所采集的信息刺激大脑。

     这个系统提高了6位盲人的视力，让他们可以看见黑色屏幕上的白色方块。这家公司希望这一设备将来有一天能够直接向大脑传递更复杂的视觉信息，让失明人士重见光明。

     参考文献：

     1. Marshel, J. H. et al. Science

     https://doi.org/10.1126/science.aaw5202 (2019).

     2. Quian Quiroga, R., Reddy, L., Kreiman, G., Koch, C. & Fried, I. Nature 435, 1102–1107 (2005).

     原文以Hallucinations implanted in mouse brains using light为标题

     发布在 2019年 7月18日《自然》新闻上

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     Nature|doi: 10.1038/d41586-019-02220-4

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