http://sa.ylib.com/read/readshow.asp?FDocNo=1300&CL=4 巧妙結合工學和遺傳學，神經科學家可以前所未有的準確度，描繪、甚至控制腦內的神經 線路。 撰文╱麥森伯克（Gero Miesenboeck） 翻譯／涂可欣 重點提要 ■神經科學家研究腦細胞功能的傳統方法，是刺激細胞然後以電極紀錄它們的活性，但這 種間接的方法很難用來分析特定神經元。 ■遺傳工程和光學結合而成的光學遺傳學，可以觀察並控制一群神經元，讓研究人員能夠 詳查個別的神經線路，革新腦功能的研究。 1937年，英國牛津大學偉大的神經科學家薛林頓（Sir Charles Scott Sherrington）對 腦的運作提出了一段經典的描述。他想像腦內有些光點象徵著神經細胞的活性和細胞間的 聯繫，人在熟睡時，整個腦部只有幾處零星散落的光點閃爍，看起來宛如星空；但清醒時 ，那畫面如同「銀河跳起了某種宇宙之舞，腦部立刻變成魔法織布機，百萬條閃亮的光束 來回穿梭，編織著若隱若現的圖案，這些圖案有意義卻無法持久，是一些不斷和諧地轉變 著的小圖案。」 薛林頓可能不知道，他詩意的比喻隱藏了一個重要的科學觀念：我們可以透過光來揭露腦 部的運作。神經元之間如何互相合作進而產生思想和行為，一直是生物學最大的難題，主 要就是因為科學家無法看到完整的神經線路運作。神經學的標準研究方法是利用電極去探 測一、兩個神經元的活動，這只能揭露巨大拼圖的一角，我們還缺少太多拼圖片去拼湊出 完整的面貌，如果我們能看見神經元間的溝通與聯繫，或許就能夠推想腦部線路的排列和 功能。這個誘人的想法鼓舞著神經科學家去嘗試落實薛林頓的先見。 他們的努力創造了一門新興領域：光學遺傳學（optogenetics），結合遺傳工程學和光學 來研究特定細胞類型。研究人員已經成功揭示各種神經元群的功能，甚至只要打開光源， 就可以遙控神經元，這些進展讓人對光學遺傳學寄予厚望，或許有朝一日，它能協助神經 科學家看清楚腦部的線路，甚至幫助醫生治療特定疾病。 感應神經元電壓的染料 1970年代起，科學家開始認真希望實現薛林頓的想像。神經系統和電腦一樣，都是透過電 來運作；神經元以電訊號，或稱動作電位（action potential）來傳遞資訊，這些電脈衝 （電壓低於AA電池的1/10）會誘導神經細胞釋放神經傳遞物，能夠活化或抑制線路中相連 的細胞。為了看見這些電訊號，美國耶魯大學的柯恩（Lawrence B. Cohen）測試了各式 各樣的螢光染料，看它們是否會隨著電壓的增減而變換顏色或亮度，結果他發現有些染料 確實具有感測電壓的光學特性，將這些染料染神經元後，就可在顯微鏡下觀察細胞的活動 。 此外，有些染料能感測特定離子的流動，同樣也可顯示神經細胞的活動。當神經元產生動 作電位時，細胞膜上的通道會打開，讓鈣離子流入細胞，湧入的鈣離子會刺激神經傳遞物 的釋放。現任教於美國加州大學聖地牙哥分校的錢永健，在1980年開始合成可隨鈣離子濃 度變化而增減亮度的螢光染料，這些光學標記果然不同凡響，為科學開啟了一扇新的窗子 ，讓我們能窺見單一神經元和小型神經網絡的資訊處理。 【欲閱讀更豐富內容，請參閱科學人2008年第82期12月號】 -- 滿紙荒唐言 一把辛酸淚 都云作者痴 誰解其中味 說到心酸處 荒唐越可悲 由來同一夢 休笑世人痴 ※ 編輯: ksfish09 來自: 124.8.134.50 (12/06 11:52)