光遗传学是我们这个年代的奇迹，神经科学家们能利用光脉冲打开或关闭脑细胞。但直到现在为止科学家们仍面临着一个显而易见的难题：如何能将光脉冲输送到藏在动物头盖骨中的脑细胞里呢？
近日，斯坦福大学一组神经科学家在 IEEE Spectrum 11 月刊上发文介绍了他们在脑机接口上的最新研究成果。Integrated Biomedical Systems 实验室的 Ada Poon与同事发明了一种微型的无线LED设备，该设备能完全被植入白鼠的皮肤下。白鼠在到处跑的时候，研究人员们能利用这一设备打开光线，刺激白鼠的神经元，让人们可以通过无线的方式控制小鼠在笼子里的移动方向。
研究者使用了植入在白鼠头里面和腿部神经上的 LED 设备来刺激经过了基因修改的神经元——这些神经元会对闪光做出反应。这种光遗传学技术（optogenetic technology）可以让研究者准确控制某一组神经元然后研究其结果。这些无线供电的植入物只有大约一颗胡椒大小，这种胡椒大小的设备只有之前的光遗传学设备的 1%。我们的白鼠身上没有线缆、电池或古怪的头戴设备，所以它们可以自由地移动——这是进行常见的迷宫或游泳等测试的必备要求。新设备由一个电力接收线圈、芯片和LED组成，其重量在20-50毫克之间(一只小白鼠的头重约2克)。它的小体积意味着它不仅能被植入大脑，还能被植入脊椎或四肢，允许研究人员们利用光遗传学刺激脊髓和周围神经。研究人员指出利用现成组件和工具即可完成植入，他们希望科学界能尽快采用这一设备。
在过去五年内，研究人员们一直在研究无线系统，在该系统中将会由一个头戴式设备接收信号来刺激或触发植入LED。然而，某些接受装置比白鼠的脑袋更重，同时它们还干预了白鼠的移动及与其它白鼠交流的自由。这种直接的大脑控制曾经只属于科幻。但随着光遗传学这项新技术的出现，我们可以使用光来启动脑细胞和激活特定的神经回路，并观察其对生物的生理和行为的影响。这种研究的目标是为了通过对神经系统更好的理解和这项技术可能的临床应用寻找其对医学的好处。
为了解决追踪问题，研究人员开始将一个无线电信标或位置传感器装到白鼠的头部或脚部，但是这些系统太复杂了。我在白鼠自己的体内找答案。每一个物体在碰上特定频率的电磁波时都会自然地产生共振，这是由物体的几何结构和材料属性决定的。首先波能在白鼠围栏的网格地板下面特定大小的谐振腔内产生共振，这能使能量很巧妙地储存下来。射频波也会在白鼠体内产生共振，所以白鼠接触地板的每一点都允许能量流入白鼠的身体中，并经过组织到达植入的接收线圈。我的团队使用计算机程序为白鼠的身体建立了一个模型，将白鼠们的平均形体、组织绝缘性能等信息插入进去，然后我们使用模拟器解出这种实验白鼠的共振频率。
如果我们能够知道个人的记忆储存在哪里，并且能够使用工具找到方式接触到它们，我们的工作就会直接影响到临床研究。可以帮助科学家发现导致人类患病的相似模式，能让这些病人记得更多有用的事情，比如说在他们的生活中发生的一些大事儿，或者是他们所爱之人的脸庞。随着光遗传技术越来越发达，做出更加精细的大脑研究对我们来说也变得越来越容易。（科技新发现 康斯坦丁/文）微信：khxx-wk
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