科学家们创造了完全受他们控制的蠕虫“小机器人”。
他们使用的是激光点。他们可以用它来让蠕虫左转、停止或是产卵。研究人员将他们的研究成果发表在1月16日的《自然—方法学》网络版上。
研究人员用激光系统(左)刺激线虫的神经细胞来操控其行为
不过，这个叫做CoLBeRT(实时移动与行为控制)的系统并不只是创造一个没有思维的僵尸蠕虫。它让科学家们能够逐个细胞地分解复杂的行为。
未参与该研究的多伦多大学生物学家威廉·刘说：“这个系统确实很不同寻常。它在理解行为方面取得了重要的进展。”
透明而微小的线虫特别容易受到用光线进行的意识控制。这种虫子还有一个好处，那就是研究人员知道其所有302个神经细胞的准确位置。但在此之前，没有什么好的办法来对每个细胞进行研究，尤其是对一个蠕动的动物体内的细胞。
该研究的共同作者、哈佛大学的安德鲁·莱费尔说：“这个工具让我们能够进入其内部，在动物移动的过程中拨弄和刺激其神经细胞。”
该系统基于新兴的光遗传学领域，在该领域中，光被用来开启或关闭细胞。莱费尔和他的同事将光敏分子植入蠕虫体内特定的细胞群中。
随后，该研究小组开发的一个计算机程序在显微镜中定位目标细胞。一旦找到该细胞，程序就引导激光，让一小束光击中细胞。
莱费尔说：“我们用光照射神经细胞的时候，我们只对那一个神经细胞进行撞击，不碰到其他任何东西。”
找到细胞并用光撞击目标的整个过程约需要20毫秒。随着蠕虫位置的改变，其信息反馈给计算机程序，激光会进行调整。如果蠕虫爬得太远，装有马达的显微镜载台会将它拉回来。
威廉·刘说，这种新方法最大的一个好处就是它能用于移动的动物。“这些虫子不是用什么东西固定起来的———它们自由移动。能让你看到这种真正不受约束的有机体的系统并不多。”
由位于亚特兰大的佐治亚技术学院的杰弗里·斯特曼领导的另一组科学家则宣布了一项类似的对蠕虫进行意识控制的技术，同样发表在1月16日的《自然—方法学》网络版上。
威廉·刘说，两种方法是类似的， CoLBeRT法似乎更快一些，但如果蠕虫爬行缓慢，那么斯特曼小组使用的办法可能在激光瞄准方面更加精确。“两篇论文对于从整体上理解行为是否都有帮助？的确如此。”（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐原文出处：
Nature Methods doi:10.1038/nmeth.1554
Optogenetic manipulation of neural activity in freely moving Caenorhabditis elegans
Andrew M Leifer,Christopher Fang-Yen,Marc Gershow,Mark J Alkema& Aravinthan D T Samuel
We present an optogenetic illumination system capable of real-time light delivery with high spatial resolution to specified targets in freely moving Caenorhabditis elegans. A tracking microscope records the motion of an unrestrained worm expressing channelrhodopsin-2 or halorhodopsin in specific cell types. Image processing software analyzes the worm's position in each video frame, rapidly estimates the locations of targeted cells and instructs a digital micromirror device to illuminate targeted cells with laser light of the appropriate wavelengths to stimulate or inhibit activity. Because each cell in an unrestrained worm is a rapidly moving target, our system operates at high speed (~50 frames per second) to provide high spatial resolution (~30 μm). To test the accuracy, flexibility and utility of our system, we performed optogenetic analyses of the worm motor circuit, egg-laying circuit and mechanosensory circuits that have not been possible with previous methods.
Nature Methods doi:10.1038/nmeth.1555
Real-time multimodal optical control of neurons and muscles in freely behaving Caenorhabditis elegans
Jeffrey N Stirman,Matthew M Crane,Steven J Husson,Sebastian Wabnig,Christian Schultheis,Alexander Gottschalk& Hang Lu
The ability to optically excite or silence specific cells using optogenetics has become a powerful tool to interrogate the nervous system. Optogenetic experiments in small organisms have mostly been performed using whole-field illumination and genetic targeting, but these strategies do not always provide adequate cellular specificity. Targeted illumination can be a valuable alternative but it has only been shown in motionless animals without the ability to observe behavior output. We present a real-time, multimodal illumination technology that allows both tracking and recording the behavior of freely moving C. elegans while stimulating specific cells that express channelrhodopsin-2 or MAC. We used this system to optically manipulate nodes in the C. elegans touch circuit and study the roles of sensory and command neurons and the ultimate behavioral output. This technology enhances our ability to control, alter, observe and investigate how neurons, muscles and circuits ultimately produce behavior in animals using optogenetics.
