陈根:声控大脑,是怎么回事?

文/陈根

用声音操纵大脑这一听起来“科幻”的情景,正在实验室里成为现实。

从科学的设想来看,所谓用声音操纵大脑,可以理解为大脑里存在对声音敏感的某种蛋白,因此,如果能够找到这种蛋白并加以利用,或许就可以实现“声控”激活大脑、心脏或其它细胞。

这种设想,也就是大约十年前,索尔克研究所的 Sreekanth Chalasani 率先提出的“声遗传学”——使用超声波来刺激特定的基因标记细胞群。

事实上,2015年, Sreekanth Chalasani 的团队就在 Nature Communications 期刊发表论文,在线虫体内,一种名为TRP-4的蛋白质使细胞对低频超声波敏感。当研究人员将TRP-4添加到通常不含有TRP-4的秀丽隐杆线虫神经元中时,他们发现可以利用超声波来激活这些细胞。

但不足之处是,当他们将TRP-4转入哺乳动物细胞中,这种蛋白质却不能使细胞对超声波产生反应。此外,一些哺乳动物蛋白也被报道对超声波敏感,但没有一个可以应用于临床研究。

因此,研究团队开始寻找一种新的、对超声波敏感且应用性好的哺乳动物声敏蛋白。现在,Sreekanth Chalasani科研团队在《自然通讯》杂志发表了其成果,研究者们找到了能够在哺乳动物中起效的声敏通道蛋白TRPA1,7mHz超声波能够有效激活神经元,调控小鼠肢体活动。

TRPA1有时被称为芥末受体(Wasabi receptor),与TRP-4相似,因为它是一种通道蛋白,这意味着它通过允许钙离子穿过细胞膜而在细胞活化中发挥作用。在人体中,TRPA1通常会对疼痛、热和刺激物做出反应,引发咳嗽或流泪等反应。已知TRPA1能让细胞对有毒化合物的存在做出反应,并激活人体的一系列细胞,包括大脑和心脏细胞。而这次,研究人员们则证明了TRPA1对超声波有反应。

并且,为了测试TRPA1通道是否能在超声波的作用下激活其他类型的细胞,研究团队将人类TRPA1的基因转入小鼠大脑中的一组特定的神经元细胞中。研究人员发现,当他们给小鼠释放超声波时,只有表达TRPA1基因的神经元被激活。

与此同时,研究人员还在小鼠的声学改变脑细胞中检测到一种称为c-fos蛋白质(这是神经元活动的标志物)的增加,证实这些肢体运动确实是由超声波诱导的这些神经元。研究人们表示,目前已知超声波是安全的,它可以穿过骨骼、肌肉和其他组织,使其成为操纵身体深处细胞的终极工具。

 

 

 

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