神经元的脉冲信号“spike”
上图展示了神经元是如何通过离子通道对话的。图中上半部的排骨棒棒就是轴突, 它是神经元的输出端子, 轴突末端安插的那些通道就是感受电压的离子通道, 当神经元脉冲(spike)到来的时候它打开让钙离子通过, 而钙离子将导致轴突里储存的神经递质释放,它们将作为该神经元的信使, 降到下面一个细胞的树突(图中下方的平面) 前端, 告诉下一个细胞,上面的细胞已经high了。而下一个神经元,正是通过覆盖其上的该种化学递质的传感器来接受这个信号,当递质到达, 门打开, 钠离子进入膜内,引起下一个细胞的兴奋。 这些过程都非常迅速,在毫秒量级。
离子通道是神经元的晶体管,对它们的理解也打开了人类反向控制神经元的大门。 通过精确的调控离子通道,我们可以控制神经元的信号发放给大脑进行“编程”。 人类已经通过加入一组对光敏感的离子通道成功的控制了小鼠大脑的神经元,这种技术被称为光遗传(Optogenetic)。
这是科学史最有趣的故事之一。 在遥远的海洋里, 一种藻类生物能够产生一种对光线非常敏感的蛋白质,这种蛋白恰好可以作为神经元的离子通道。 于是科学家就把这种蛋白质对应的基因找出来,放入小鼠的细胞核内,使得它们在神经元的发育过程中表达这种光敏基因,这样我们就得到了一组对光线敏感的离子通道。而人类就可以通过光线控制这组离子通道,从而控制神经元的放电。如此,远古海洋的藻类,不,应该是科学家,就打开了我们认知大脑的革命性方法。
革命性的光遗传技术
光遗传技术已经成功的在小鼠脑内使用,此前,MIT科学家实现了通过此实现了“记忆移植”实验,详情请见http://www.washingtonpost.com/national/health-science/inception-mit-scientists-implant-a-false-memory-into-a-mouses-brain/2013/07/25/47bdee7a-f49a-11e2-a2f1-a7acf9bd5d3a_story.html ,而最近发表在nature上的一篇文章介绍了如何运用光遗传学技术实现脑深部光刺激小鼠背侧纹状体产生对帕金森病小鼠的治疗效应的http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/n