美國(guó)科學(xué)家用LCD投影儀控制神經(jīng)和肌肉

發(fā)布:cyqdesign 2011-01-27 20:48 閱讀:2852
根據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,在最近一項(xiàng)動(dòng)物神經(jīng)功能線路研究中,美國(guó)科學(xué)家用普通液晶顯示器(LCD)的投影儀實(shí)現(xiàn)了對(duì)小動(dòng)物大腦神經(jīng)和肌肉的控制。他們對(duì)一種蠕蟲進(jìn)行基因改造后,用投影儀的紅色、綠色和藍(lán)色光激活其光敏微生物蛋白,就能開關(guān)它的神經(jīng)和肌肉。發(fā)表在《自然·方法學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上的論文詳細(xì)描述了這種廉價(jià)照明技術(shù)如何精確控制蠕蟲的位置、動(dòng)作持續(xù)及頻率。 D+ mZ7&L  
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  用LCD技術(shù)控制動(dòng)物屬于光學(xué)和基因技術(shù)的交叉領(lǐng)域。開發(fā)出這種新技術(shù)的佐治亞理工學(xué)院化學(xué)與生物分子系副教授陸航(音譯)帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)表示,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)極大地提高了研究觀察能力,能在動(dòng)物體上實(shí)現(xiàn)控制、轉(zhuǎn)換,同時(shí)觀察神經(jīng)元、肌肉和傳導(dǎo)路線產(chǎn)生動(dòng)作的整個(gè)過(guò)程。 1O@ qpNm  
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  他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中用了一種秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditiselegans),用改造過(guò)的LCD投影儀在它身上投射彩色光。投影儀的紅色、綠色和藍(lán)色通道相互獨(dú)立,分別激活對(duì)不同顏色敏感的細(xì)胞。照明系統(tǒng)連在一個(gè)顯微鏡上,再接上視頻跟蹤儀。把光定在線蟲身體的某個(gè)部位,就能跟蹤記錄它的各種動(dòng)作。光的位置、強(qiáng)度和顏色能以低于40毫秒的速率更新變換。 }U3+xl6g  
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  通過(guò)刺激線蟲的興奮與抑制機(jī)械感知神經(jīng)元和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元,還可以開發(fā)出一種秀麗隱桿線蟲的“觸覺(jué)”神經(jīng)線路原型,專門研究線蟲的神經(jīng)功能。在首次實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)蠕蟲向前爬時(shí),他們用光對(duì)線蟲頭部進(jìn)行規(guī)律的間隔照射,其頭部會(huì)產(chǎn)生盤卷效果,讓它按三角形路徑爬行。在另一次實(shí)驗(yàn)中,他們沿線蟲身體從頭到尾地掃描照射,當(dāng)照亮它近頭部的神經(jīng)元時(shí),它會(huì)向后爬行;而照亮其近尾部的神經(jīng)元時(shí)會(huì)向前爬行。此外,光照強(qiáng)度也會(huì)影響它的行為,不同波長(zhǎng)會(huì)激活不同的感光基因。 _R&mN\ey5  
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  該技術(shù)能在各種條件下對(duì)多種動(dòng)物進(jìn)行檢驗(yàn),研究人員也在如斑馬魚和果蠅幼蟲等其它小動(dòng)物身上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。“這種儀器讓我們能在一個(gè)完整的生物體系統(tǒng)中,在限定的時(shí)間和位置上,明確控制生物的行為,更精確細(xì)微地分析動(dòng)物的神經(jīng)功能路線。”陸航說(shuō),“照明系統(tǒng)的核心部件是很容易買到的投影儀,整個(gè)系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性大大降低,我們希望通過(guò)研究共享,拓寬這種工具的使用范圍。”照明系統(tǒng)可以用作生物系統(tǒng)對(duì)機(jī)械、熱力和視覺(jué)刺激產(chǎn)生反應(yīng)的評(píng)價(jià)工具,而這種方法得到的行為數(shù)據(jù)是用其他手工分析、激光切除細(xì)胞或神經(jīng)傳導(dǎo)素遺傳控制無(wú)法獲得的。
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