Nature 子刊：科学家能远程控制小鼠社交，无线颅内植入物厚度仅半毫米

一直以来，科学家们关注着一个话题：其他动物之间能否交际沟通？动物的社交方式是怎样的？

已有的研究成果告诉我们，动物之间要进行通讯联系，媒介可以是伴有特殊气味的信息素、独特的行为语言、特定的发声方式、强大的感知力等等。

而最近的一项研究表明，科学家们不仅能发现小动物之间的「社交秘密」，甚至可以用特定技术手段主动控制其实时社交行为！

研究团队用光束建立起了小鼠的社交纽带，通过「无线编程-取消编程」的方式，在小鼠头骨中嵌入神经植入物，植入物的激活/关闭恰好对应着小鼠社交与否。

2021 年 5 月 10 日，相关论文发表于 Nature 子刊 Nature Neuroscience（《自然-神经科学》），题为 Wireless multilateral devices for optogenetic studies of individual and social behaviors（用于个人和社会行为的光遗传学研究无线多边装置）。

动物间的首次实时社交控制

为实现小鼠社交实时控制，科学家们设计了下图这款厚度仅有半毫米的、小而薄的无线神器，研究人员将其作为植入物置于小鼠头骨位置。

据官方介绍：

具体来讲，植入物与一种尖端有 led 的丝状微型探针相连，led 将会与小鼠大脑的中央执行区同步，而这一区域负责反馈大脑奖赏信息。

这里的“奖赏”为何物，我们可以通过人脑进行理解——当人们作出某一决策后，若被证实正确且产生了积极结果，大脑就会向负责决策的区域发送“奖赏”信号，这将促进认知能力的提升，并形成良性循环，这一过程即「奖赏效应」。此前有研究表明，这一效应所处的大脑区域有特殊神经元释放神经递质多巴胺，它会让人们产生积极情绪。

正是上述同步机制激活了小鼠之间的联系。

同样的道理，如果要减少两只小鼠的社交活动，只需切断上述同步机制。

具体的实验表明，当两只小鼠在封闭环境中彼此靠近时，研究人员可以无线同步，激活大脑区域中与高级执行功能相关的一组神经元，使得小鼠交流的频率和持续时间增加；而这对小鼠的互动则可通过去同步化刺激迅速减少。

实验原理看似简单，其实有着重要的意义。

人脑是一个由近 1000 亿个交织在一起的神经元组成的系统，要探测单个或一组神经元都是极其困难的。2005 年前后，研究团队在引入的动物模型中，通过光遗传学提供了对特定的、以基因为目标的神经元的控制，以便研究它们的连通性或神经递质释放。

当时，研究人员首先对小鼠的神经元进行修饰，使其表达一种来自光敏藻类的修饰基因；然后科学家们利用外部光线控制、监测大脑活动。由于涉及到基因工程，该方法尚未被批准用于人类——但放眼未来，光遗传学有朝一日将用于治疗失明或瘫痪。

实际上，此前这类研究中所用到的均为有线设备，其问题主要在于光纤线可能出现缠绕甚至断裂的情况，科学家们很难判定动物是否仅因光纤线影响而表现出不同行为。

对此，论文通讯作者之一、实验设计者、西北大学神经生物学家 Yevgenia Kozorovitskiy 表示：

美国顶尖私立研究型大学西北大学（Northwestern University）通过其官网表示：

关于作者

实际上除了美国西北大学，这一研究亦有众多名校研究人员参与。

该论文作者主要来自：

• 美国高校及科研院所：西北大学、陆军研究实验室、陆军化学防御医学研究所、华盛顿大学、科罗拉多大学博尔德分校；

• 中国高校及科研院所：上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室、清华大学（物理系、电子工程系）、西南交通大学土木工程学院、天津大学化学工程与技术学院、香港城市大学生物医学工程系、大连理工大学工程力学系工业设备结构分析国家重点实验室；

• 美国企业：马里兰州贝尔坎普市咨询工程公司、伊利诺伊州埃文斯顿 Neurolux 公司；

• 印度科研院所：科技部中央科学仪器组织。

其中包括这样三位科学家：

一是 Yevgenia Kozorovitskiy。

Yevgenia Kozorovitskiy 是西北大学分子生物学研究教授、神经生物学副教授、化学生命过程研究所成员。其主要研究领域为系统神经科学、发育神经科学、细胞与分子神经科学等。

二是 John A. Rogers。

Rogers 是国际著名材料学家、物理学家及化学家，现为美国国家科学院、美国国家工程院、美国艺术与科学学院三院院士。他在西北大学材料科学与工程、生物医学工程和神经外科等专业担任教授，也是该校 Querrey Simpson 生物电子研究所主任。

对于此次研究，John Rogers 这样评价：

三是黄永刚。

黄永刚是华人固体力学家，现为美国科学院院士、美国国家工程院院士、美国艺术与科学院院士、欧洲科学院院士、中国科学院外籍院士，美国西北大学冠名讲席教授。其主要研究领域是材料和电子器件的力学行为，曾与合作者共同开创了可延展无机电子器件领域，并创立了基于微观机制的应变梯度理论。

引用来源：

https://www.nature.com/articles/s41593-021-00849-x

https://news.northwestern.edu/stories/2021/05/implanted-wireless-device-triggers-mice-to-form-instant-bond/

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