美科學家用LCD投影儀實現對動物神經肌肉的控制

    據美國物理學家組織網近日報道，在最近一項動物神經功能線路研究中，美國科學家用普通液晶顯示器(LCD)的投影儀實現了對小動物大腦神經和肌肉的控制。他們對一種蠕蟲進行基因改造後，用投影儀的紅色、綠色和藍色光激活其光敏微生物蛋白，就能開關它的神經和肌肉。發表在《自然·方法學》雜誌網路版上的論文詳細描述了這種廉價照明技術如何精確控制蠕蟲的位置、動作持續及頻率。

    用LCD技術控制動物屬於光學和基因技術的交叉領域。開發出這種新技術的佐治亞理工學院化學與生物分子系副教授陸航(Hang Lu音譯)帶領的研究團隊表示，實驗設計的照明系統極大地提高了研究觀察能力，能在動物體上實現控制、轉換，同時觀察神經元、肌肉和傳導路線產生動作的整個過程。

    他們在實驗中用了一種秀麗隱桿線蟲 (Caenorhabditis elegans)，用改造過的LCD投影儀在它身上投射彩色光。投影儀的紅色、綠色和藍色通道相互獨立，分別激活對不同顏色敏感的細胞。照明系統連在一個顯微鏡上，再接上視頻跟蹤儀。把光定線上蟲身體的某個部位，就能跟蹤記錄它的各種動作。光的位置、強度和顏色能以低於40毫秒的速率更新變換。

    通過刺激線蟲的興奮與抑制機械感知神經元和運動神經元，還可以開發出一種秀麗隱桿線蟲的“觸覺”神經線路原型，專門研究線蟲的神經功能。在首次實驗中，當蠕蟲向前爬時，他們用光對線蟲頭部進行規律的間隔照射，其頭部會產生盤卷效果，讓它按三角形路徑爬行。在另一次實驗中，他們沿線蟲身體從頭到尾地掃描照射，當照亮它近頭部的神經元時，它會向後爬行；而照亮其近尾部的神經元時會向前爬行。此外，光照強度也會影響它的行為，不同波長會激活不同的感光基因。

    該技術能在各種條件下對多種動物進行檢驗，研究人員也在如斑馬魚和果蠅幼蟲等其他小動物身上進行了實驗。“這種儀器讓我們能在一個完整的生物體系統中，在限定的時間和位置上，明確控制生物的行為，更精確細微地分析動物的神經功能路線。”陸航說，“照明系統的核心部件是很容易買到的投影儀，整個系統的成本和複雜性大大降低，我們希望通過研究共用，拓寬這種工具的使用範圍。”照明系統可以用作生物系統對機械、熱力和視覺刺激產生反應的評價工具，而這種方法得到的行為數據是用其他手工分析、鐳射切除細胞或神經傳導素遺傳控制無法獲得的。

科技日報 2011/01/27   常麗君

•  Scientists Use Light to Make Worms 'Dance' (Technology review)
• Using LCD projectors for... mind control? (CNET)
• Lµ Fluidics Group (Georgia Institute of Technology) 
• Fang-Yen Laboratory (UPenn)