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科学家发展与光遗传技术匹配的新技术

2021-06-28    来源:中国科学报

  神经环路机制研究得益于光遗传技术的兴起和发展,进一步开展科学研究则需要发展合适和先进的方法与技术。

  在前不久完成结束评估的国家自然科学基金委员会“情感和记忆的神经环路基础”重大研究计划的支持下,科学家们在分子、细胞、活体水平建立和发展生物活性分子的取样、示踪、检测和成像方法,不断发展和应用光遗传学技术。

  中国科学院深圳先进技术研究院教授王立平团队通过整合光遗传学技术、神经环路示踪技术、动物在体多通道电生理记录和行为学等手段,发展出与光遗传技术匹配的多脑区多通道电极记录技术,并实现了特定环路功能记录与调控。

  据了解,研究团队以小鼠为研究对象,找到了起源于皮层下感知觉整合中心——上丘,经过丘脑外侧后核快速到达杏仁核的皮层下神经通路,通过丘脑的快速中继通路将信号传输至外侧杏仁核。同时,他们利用光遗传学技术特异性“关闭”或者“打开”这条通路可以调控动物本能恐惧反应。进一步研究发现,腹侧被盖区GABA能神经元介导了上视野危险信息的检测以及本能的防御反应的发生,而腹侧被盖区多巴胺能神经元的抑制对于小鼠“逃回窝”的状态的维持是必要的。上丘的CaMKIIα到腹侧被盖区的通路介导了视觉本能防御反应,投射到CeA的长投射的腹侧被盖区GABA能神经元参与了视觉本能防御反应。

  上述系列研究发表了多篇论文。在研究人员看来,这些成果将为人们深入理解物种生存、防御策略的大脑机制以及探寻与恐惧、焦虑等负性情绪有关的认知障碍的治疗靶点和干预手段,提供新的实验依据。

  不仅如此,在研究过程中,该团队开发出柔性可拉伸的水凝胶光纤,在动物活体水平实现了对目标神经元的选择性调控。“在体柔性光遗传技术”的建立有望为神经精神疾病的治疗提供新的工具。