來源：外媒

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【新智元導讀】美國西北大學的研究人員將超小型、無線、無電池的裝置植入老鼠頭骨，通過無線編程控制老鼠的社交，好朋友or路人甲，全靠裝置一秒切換。

在老鼠的頭骨中嵌入神經植入物，通過激活植入物，老鼠會立即開始互動併成爲朋友；當他們關掉植入物後，它們的「友誼」就停止了。

這就是美國西北大學的工程師和生物學家發佈的最新研究，相關報告發布在NatureNeuroscience上。

這是首次通過無線編程使老鼠能夠進行實時社交互動，而且，取消編程，老鼠的社交互動也隨即停止。

該研究首創的超小型、無線、無電池、完全可植入的裝置，該裝置利用光來激活神經元。

該論文是第一個探索動物羣體內的社會互動的光遺傳學論文。

光遺傳學一種用光控制神經元的方法，整合了光學、軟件控制、基因操作技術、電生理等多學科交叉的技術。

自2005年，斯坦福大學KarlDeisseroth實驗室通過在神經細胞中表達光敏蛋白，響應不同波長的光刺激實現對神經功能的調控，宣佈人類正式擁有了精準操控大腦的工具。

從此，切斷電線！

植入物輕薄、靈活、無線，植入後不影響老鼠的日常活動，這也使研究人員有機會觀察真實自然環境中老鼠的活動情況。

而之前，光遺傳學研究需要使用光纖導線，以此來限制老鼠的活動，這也會造成老鼠在互動過程或複雜環境中的被纏住。

這個實驗的設計者、論文通訊作者、西北大學神經生物學家YevgeniaKozorovitskiy說:「使用先前的技術，我們無法觀察到多種動物在複雜環境中進行社交活動，因爲它們被光纖牽制住了。光纖會斷裂，或者動物會被纏住。爲了在現實環境中提出關於動物行爲的更復雜的問題，我們需要這種創新的無線技術。擺脫束縛的感覺真是太棒了。」

論文通訊作者、西北大學生物電子學先驅JohnA.Rogers說：「這篇論文代表了我們第一次能夠在給定的環境下，通過對多個設備同時進行完全獨立的數字控制，實現光遺傳學的無線、無電池植入。單個動物的大腦活動是有趣的，但是超越個體，進而研究複雜的、具有社交互動的羣體，是神經科學最重要、最令人興奮的前沿領域之一。我們現在有了技術，可以研究這些羣體中個體之間的聯繫是如何形成和斷開的，以及社會等級是如何從這些互動中產生的。」

除了以上兩位通訊作者外，另兩名通訊作者分別是西北大學McCormick工程學院工程系JanMarciaAchenbach教授黃永剛，和大連理工大學工程力學教授解兆謙。

黃永剛教授，與高華健、盧天健、鎖志剛一同被稱作華人固體力學界「兩健兩剛」

而論文第一作者YiyuanYang,MingzhengWu以及AbrahamVázquez-Guardado都是西北大學的學生。

光遺傳學或可用於治療失明或癱瘓

由於人類大腦是一個由近1000億個相互交織的神經元組成的系統，因此要探測單個神經元甚至是一組神經元是極其困難的。

光遺傳學在2005年左右被引入動物模型，它提供了對特定的、基因靶向的神經元的控制，以便以前所未有的細節探測它們，研究它們的連接性或神經遞質的釋放。

研究人員首先對活體老鼠的神經元進行修飾，使其表達來自光敏藻類的修飾基因。然後他們可以使用外部光線來特別控制和監測大腦活動。

由於涉及到基因工程，這種方法尚未批准在人類身上進行。

YevgeniaKozorovitskiy說：「這聽起來像科幻小說，但它是一種非常有用的技術，光遺傳學有朝一日可能用於治療失明或癱瘓。」

然而，之前的光遺傳學研究受到可用光傳輸技術的限制。雖然研究人員可以很容易地單獨探測一隻動物，但同時控制動物羣體中靈活模式的神經活動是一個挑戰。

光纖導線通常從動物的頭部出現，連接到外部光源。然後一個軟件程序可以用來關閉和打開光，同時監測動物的行爲。

當它們四處移動時，光纖以不同方式被牽動，正如預期的那樣，這些影響改變了動物的運動模式。

因此，不得不讓人開始思考:你實際上在研究什麼行爲？你是否正在研究自然行爲或者與身體約束相關的行爲?

實時無線控制

作爲無線、可穿戴技術領域的世界知名領導者，Rogers和他的團隊開發了一種小巧的無線設備，這種設備可以輕輕地放置在頭骨的外表面，但是卻隱藏在小動物的皮毛之下。

這個半毫米厚的設備連接着一個細小的、靈活的纖維探針，探針的頂端有LED燈，通過一個微小的顱骨缺口延伸到大腦。

這種微型設備利用了近場通信協議，與智能手機電子支付所使用的技術相同。研究人員通過計算機上的用戶界面實時無線控制光線。

圍繞在動物外殼周圍的天線爲無線設備提供電力，從而消除了對笨重電池的需求。

激活植入物，小鼠的社交活動增加了

爲了證明Rogers的技術原理，Kozorovitskiy和同事們設計了一個實驗，探索光遺傳學方法在成對或成羣的老鼠之間對社交互動進行遠程控制。

當老鼠在一個封閉的環境中身體靠近彼此時，Kozorovitskiy的團隊無線同步激活了大腦中與高階執行功能相關區域的一組神經元，使它們增加了社交互動的頻率和持續時間。

去同步化這種刺激會迅速減少同一對老鼠的互動。在一組老鼠中，研究人員可以偏向任意選擇的一對，使它們比其他老鼠互動更多。

Kozorovitskiy表示，一開始我們並沒有想到這個實驗會成功，根據我們的經驗，這是對長期以來關於社會行爲中神經同步性的一個主要假設的首次直接評估。

參考資料：

https://news.northwestern.edu/stories/2021/05/implanted-wireless-device-triggers-mice-to-form-instant-bond/

—完—

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