結果就係一個研究團隊口中嘅「搞搞震、睇反應」(perturb-and-record)神器:喺某一層大腦皮層,刺激一群經過基因標記嘅神經元,然後同步記錄周圍幾百個神經元——甚至遠處腦區——掀起嘅連鎖反應 。
根據《自然·方法》期刊嘅報告,探針喺老鼠身上做嘅首次系統性測試,證實咗佢可以喺唔同皮層深度,精準咁激活或者沉默神經元 。呢個係意料之內。但係令研究人員跌晒眼鏡嘅係,呢啲局部搞作嘅影響原來可以去到好遠。
喺老鼠嘅紋狀體(striatum)同其他深層腦結構入面,Neuropixels Opto 做到好高效嘅「光標記」(optotagging)——即係用神經元對光嘅反應去識別唔同基因類型嘅細胞 。更重要嘅係,同步透過 960 個記錄點去睇,發現喺一個局部皮層柱(cortical column)做手腳,竟然會對遠處嘅神經元同腦區產生大規模、非局部嘅影響
。
以前因為技術限制,研究人員焗住要用一種工具去刺激,再用另一種工具去記錄,呢類網絡層面嘅傳播規律好難觀察得到。Neuropixels Opto 就將呢種分離嘅情況,濃縮晒落一支探針度,徹底暴露出一個局部搞作,究竟係點樣喺一個活生生嘅腦入面引發級聯效應(cascade)。
呢支探針可以伸入去深層腦結構,同步記錄同操控特定細胞類型,令佢成為研究神經系統同精神科疾病呢類電路級病變嘅超級工具。
海馬體(hippocampus)同內嗅皮層(entorhinal cortex)係阿茲海默症最早期受到牽連嘅結構。Neuropixels Opto 嘅長針身可以掂到呢啲深層區域,而佢嘅光發射點就可以瞄準嗰啲已知會被澱粉樣蛋白(amyloid)同濤蛋白(tau)破壞嘅特定中間神經元(interneuron)群 。透過操控呢啲細胞,再即時記錄網絡嘅反應,研究人員終於可以砌出病變點樣破壞電路功能嘅因果模型——唔使再停留喺相關性嘅層面。
柏金遜症嘅特徵係黑質(substantia nigra)嘅多巴胺神經元死亡,同埋紋狀體同基底核(basal ganglia)出現異常放電模式。Neuropixels Opto 可以插入去紋狀體同其他深層結構,提供空間精準嘅光遺傳刺激,同時記錄嚟自幾百個代表唔同細胞類型同電路路徑嘅神經元 。咁樣可以幫手拆解,究竟係邊種特定細胞類型引發咗運動症狀,同埋當多巴胺訊號失效嗰陣,佢哋點樣互動。
關於精神分裂症嘅一個主流假說,係指向小白蛋白(parvalbumin)陽性嘅中間神經元,同埋佢哋喺產生伽馬頻率振盪(gamma-frequency oscillations)以協調皮層網絡嘅角色。Neuropixels Opto 可以直接激活或者沉默呢啲經過基因標記嘅中間神經元,同時記錄分佈喺各處嘅皮層神經群,咁就可以對「中間神經元功能障礙係咪就係引致認知同感知病徵嘅元兇」呢個假說,進行因果測試 。
科學家唔使再淨係將神經活動同行為或者病變扯上關係就算,而係可以真係去問——同埋答——到底特定細胞類型出錯嗰陣,會「引致」啲咩後果。就係呢種由「相關」到「因果」嘅研究方法飛躍,令 Neuropixels Opto 對轉譯神經科學(translational neuroscience)嚟講係真正嘅一大步。
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