陳根：光遺傳學，實現對大腦的操控_風聞

文/陳根

1976年，加州大學洛杉磯分校的雅克·維 達爾（Jacques J. Vidal）提出了腦機接口技術。**簡單來説，腦機接口技術就是在大腦和外部機器之間構建接口和互聯通路，以實現信息的直接交換。**腦機接口作為前沿科技研究的熱點技術，一直頗受業界關注。

事實上，這樣的技術早在1999年的經典科幻電影《黑客帝國》中就已經出現。通過在腦後插入一根線纜，人們就能夠暢遊計算機世界；只需一個意念人們就能改變“現實”；學習知識不再需要通過書本、視頻等媒介，也不需要再花費大量時間，只需直接將知識傳輸到大腦當中即可。

**落回到技術層面，目前的“腦機接口”****主要分為植入式和非植入式兩大類。**植入式和非植入式兩種方式都各有優劣，植入式更精確，可以編碼更復雜的命令，比如三維運動，但手術創傷不可避免；非植入式電極這種頭皮貼片雖然方便，無需開顱植入，但是能探測到的腦電信號範圍和精確度有限。

而現在，一種新的技術，既無需植入設備，也無需貼片式的非植入設備，就可以實現對大腦的操控。這項技術來自斯坦福大學，研究人員通過一定的技術手段，使用特殊光線照射小鼠頭部，開啓它的“運動模式”——老忍不住想轉悠。

而其原理，就是所謂的“光遺傳學”，，具體指將外源（並非體內自然產生的）光敏蛋白基因導入腦細胞中，讓腦細胞在細胞膜結構上表達出光敏蛋白。然後，再用特定波長的光去照射這些細胞，就能控制光敏感蛋白的激活和關閉，從而激活或抑制大腦中的神經元，達到“控制腦細胞”的目的。

不過，這項技術一直有個缺陷——必須安裝光學植入設備，顱骨上還要插根光纖繫帶。而在最新的這項研究中，研究人員發現了一種近紅外光，也就是1000-1700nm的近紅外二區波段，這種光能在高度散射的腦組織中，保持較高的穿透性。

同時，研究人員通過生物體內一種叫做TRPV1的蛋白質——這是一種辣椒素（產生灼燒和痛感的東西）受體，也就是一種會對熱和疼痛產生反應的離子通道蛋白，也就是對熱以及疼痛非常敏感。用包裹TRPV1的腺病毒轉染目標神經元，也就是將DNA、RNA或蛋白質引入細胞**，這賦予了小鼠在紅外光譜中的視覺能力****。**此外，研究人員還設計了一種“傳感器”分子，叫做MINDS，專門用來吸收和放大紅外光。

基於此，研究人員們先是在小鼠大腦運動皮層一側神經元中添加TRPV1通道，再注入MINDS分子，最後觀察小鼠的行為。結果發現，當圍欄上方1m處的紅外燈被打開時，一開始只在小範圍活動的小鼠，立刻開始繞圈，大幅增加活動範圍。而對照組的小鼠卻沒有這種反應。

也就是説，近紅外光對小鼠的大腦運動細胞的刺激奏效了，這或許於將被更多用於疾病、如阿爾茲海默症的治療中，但這也為腦機接口的突破提供了現實的想像。