控制动物神经和肌肉用上LCD投影仪

2011-1-27 09:32 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网近日报道,在最近一项动物神经功能线路研究中,美国科学家用普通液晶显示器(LCD)的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,就能开关它的神经和肌肉。发表在《自然·方法学》杂志网络版上的论文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。开发出这种新技术的佐治亚理工学院化学与生物分子系副教授陆航(音译)带领的研究团队表示,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。

  他们在实验中用了一种秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans),用改造过的LCD投影仪在它身上投射彩色光。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。照明系统连在一个显微镜上,再接上视频跟踪仪。把光定在线虫身体的某个部位,就能跟踪记录它的各种动作。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,还可以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,让它按三角形路径爬行。在另一次实验中,他们沿线虫身体从头到尾地扫描照射,当照亮它近头部的神经元时,它会向后爬行;而照亮其近尾部的神经元时会向前爬行。此外,光照强度也会影响它的行为,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,研究人员也在如斑马鱼和果蝇幼虫等其它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。”照明系统可以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。