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温顺小鼠为何突然发狂,化身血腥战神?只因一束光!

果壳  · 公众号  · 科学  · 2017-03-13 19:02

正文

作者:鬼谷藏龙

编辑:Calo

形容某个人非常胆小的时候,我们时常会用到“胆小如鼠”这样的词,仿佛小老鼠就是动物界胆小怕事的杰出代表了。你看,连这条个头比小鼠小这么多机器虫,都能将它吓得四处逃窜。

小鼠四处躲避移动的机器虫。图片来源:参考文献[1]

但是,一旦激光亮起,这只前一秒还胆小怕事的小鼠,立马就变得凶狠残暴,仿佛黑暗面突然爆发了一样,一个回头就扑向机器虫猛一通狂咬。

当激光开启,小鼠立刻扑向机器虫并撕咬。图片来源:参考文献[1]

这是什么情况?原来,是科学家们在控制小鼠脑中某些神经元的活动。利用一种叫 光遗传 的技术,他们能够随时打开或关上小鼠脑内的“猎杀中心”。


战神之光,照在何处?

自然界当中大多数哺乳动物多少都会有一些捕猎行为,老鼠也不例外。纵然整天“鼠辈鼠辈”地被人类笑话,但鼠类在野外也常有翻身当猎杀者的时刻,毕竟鲜肉的诱惑谁都难以抵挡不是么?但对是 什么调控了它们的捕食行为 这个问题,科学家们之前也没有很确切的答案。

谁说我们不能当猎杀者的!图片来源:Jean-Louis Klein & Marie-Luce Hubert/Science Source

一些之前的研究推测,小鼠大脑里一个叫 杏仁中央核 (the central nucleus of the amygdala)的脑区, 可能是它们的“猎杀中心”所在的地方 。为了检验这片脑区在小鼠捕食行为中的作用,耶鲁大学医学院的研究者们需要非常精确地操控这个脑区的活动。



人类与啮齿动物脑部边缘系统示意图。杏仁核(amygdala,绿色)是脑部边缘系统的一部分,一般被认为与恐惧、焦虑等情绪反应有关。图片来源:doi.org/10.3389/fnmol.2012.00055

于是,他们又双叒叕用上了 “光遗传”技术 。你可以把光遗传理解成给某些神经元装上开关的技术:先利用基因工程将特定的光敏感蛋白表达在特异的神经元当中,然后再在脑中埋入光纤,从而非常精确地用激光控制神经元的活动。这是目前最强大的神经操控技术,这年头你要研究个神经环路,不用点光遗传都不好意思跟人打招呼。

在这项研究中,科学家们把光敏感蛋白放到了杏仁中央核中,同时在小鼠颅内埋入光纤,只要按下开关,一道蓝色激光就会顺着光纤射入小鼠脑中, 非常精确地激活那片脑区的神经元 。他们发现,激光关闭时,小鼠的怕事本性暴露无遗,会被小小的机器虫吓得四处鼠窜。可当研究人员按下开关,小鼠马上就变成了致命猎手。


“猎杀中心”里发生的事

依然很复杂

小鼠突如其来的行为转变可能会让一些人联想到漫威英雄金刚狼的“狂战士之怒”状态。进入状态的前一刻还好好的,下一刻就开始不分敌我地攻击眼前的一切活物。不过,实验小鼠可没有被激发出这样的超能力——后续实验证明, 小鼠的这种狂暴行为并不会针对同类 ,而且也不是出于饥饿感。刺激小鼠的杏仁中央核 只是激发出了在小鼠中本来就存在的猎杀行为 ,并没有让小鼠进入某种暴走状态。

“小老鼠,跟老子比还差得远啦!”图片来源:ign.com

而且,就像家里的猫狗经常喜欢追逐一些移动物体(比如网球、激光点之类)却不会真的去试图杀死那个物体一样,小鼠对机器虫的“追捕”和“咬杀”似乎分属于两套不同的系统。研究者发现, 小鼠的“猎杀中心”给两条不同的神经通路下达着命令,一条负责调控小鼠的追逐行为,另一条负责杀戮 。当研究者损伤或者用神经阻断剂抑制了负责“咬杀”的神经通路时,小鼠就只会表现出追逐行为,而不会去用力撕咬“猎物”。而考虑到无论是杏仁核还是那些下游通路,都会受到包括疼痛、情绪以及视听觉等多种因素的影响 ,猎杀行为的神经机制可能比以前所想象的都更为复杂。


淡定,这是基础研究

这已经不是研究者第一次通过精确操控神经来诱导老鼠行为了 如今,只需要刺激少数脑区当中的少数神经,研究者似乎就可以随心所欲地驱使小鼠去吃,去啪,去杀。 但这一切都是在可控的实验室条件下,对经过特定改造小鼠进行的研究。电影里那些被大魔头控制的杀手要成为现实了吗?并不。但小鼠头上那一闪一闪的激光,终将帮助我们更好地理解人类自己的大脑。


一个AI

AI从今天起要埋头苦学,争取找到你们那根一受刺激就会给果壳点赞+转发的神经......


关于这个“点天灯”的牛X技术,更多八卦看这里: 一个工科狗是怎么靠逆袭生物实验室走上人生巅峰的


参考文献:







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