【原】脑声常谈：无线光遗传学设备在小鼠之间同步神经元

微型设备：一种新的光遗传学设备可以完全植入小鼠皮肤下并进行无线控制，使动物能够在实验过程中自由移动。

两种新的无线设备可以同时同步多只老鼠的神经元活动，使研究人员能够探索脑对脑同步如何成为社交行为的基础。

这些设备在 去年5月份的《自然神经科学》中有所描述，它利用了光遗传学技术，在这种技术中，光脉冲可以激活或沉默神经元，这些神经元被设计用于表达称为视蛋白的光敏蛋白。相同的技术已被用于研究激素催产素在与自闭症相关的社会行为中的作用。

传统的光遗传学设备依赖电缆提供的能量，这会限制动物运动的速度和距离，因此很难研究神经元活动与社会行为之间的联系。

研究人员已经开发出无线、电池供电的光遗传学设备，可以安装在动物的头上，但这些设备通常体积庞大，会分散动物的注意力。伊利诺伊州埃文斯顿西北大学Querrey Simpson生物电子学研究所所长John Rogers说：“老鼠往往会啃咬头戴式设备，因此我们想要完全皮下植入物。”

罗杰斯和他的同事们创造了一个薄的设备，大约1.2毫米厚，他们可以安装在老鼠头上的皮肤下面。它有两个微型LED灯，固定在尖锐探针的末端，可以注入头骨并独立控制。

该团队还制造了一种更大、更强大的装置，可以安装在动物的背上；它在金属线圈的尖端有四个微型LED，向上延伸到颈部并进入头骨。较大的设备可以拉伸和弯曲以适应鼠标的广泛移动。

这两种设备都是无线供电的，可以通过附近的计算机实时控制，使研究人员能够一次调节多达256只动物的每束光的光强度、脉冲持续时间和频率，而不会妨碍它们的运动。

大脑同步：

在一系列实验中，研究人员将背装设备植入小鼠身上，然后在它们探索矩形笼子时监测它们的运动。与没有设备的小鼠相比，无线设备并没有降低动物的活动或速度，而使用电缆供电的光遗传学设备的小鼠行动迟缓且移动较少。

研究表明，这些装置在小鼠体内保持功能超过9周，而不会损害脑组织。罗杰斯说，该团队的类似植入物可以保持更长时间的功能，而不会造成任何明显的伤害。“我们的动物基本上一生都拥有这些设备，持续了2年或更长时间，直到它们死于自然原因。”

然后，该团队在小鼠中测试了这些装置，这些小鼠被设计为在腹侧被盖区域的多巴胺神经元中表达视蛋白，这是一个参与奖励处理和社会行为的大脑区域。他们将一只装有光遗传学设备的老鼠和另一只同性老鼠放在一个装有玩具的笼子里。刺激多巴胺神经元几乎使老鼠与另一只动物互动的时间增加了一倍，但没有改变在玩具附近花费的时间，这表明该设备成功地瞄准了社会奖励电路。

远程控制：科学家可以使用磁铁打开和关闭新设备，让他们在老鼠自由移动时进行研究。

根据先前的研究，在社交互动期间，人们之间的大脑活动变得同步。这种大脑间同步可以增加社交联系，并可能在自闭症患者中受损，尽管探索这个问题的研究产生了不同的结果。

罗杰斯的团队评估了对内侧前额叶皮层（大脑中与社会行为和认知有关的区域）的同步刺激是否会增加小鼠的社会联系。他们设计了三只小鼠在内侧前额叶皮质的锥体神经元内表达视蛋白，然后将光遗传学装置植入每只动物体内。

他们以相同的频率刺激其中两只动物，并赋予第三只动物独特的节奏。“配对”的老鼠表现出更多的社交行为——它们接近并嗅闻它们的伴侣——而第三只动物表现出典型的非社交行为。

Rogers说，这些设备可用于在很长一段时间内同时对数百只动物进行更大的、基于人群的行为研究。罗杰斯和他的同事说，它们可以帮助深入了解非典型社会行为背后的机制。