新型神经功能调控技术（中红外光）的作用机制

　　

　　神经调控技术是研究神经环路、解析脑功能的重要工具，又是治疗神经系统疾病的有效手段。经典的调控技术包括电刺激、光遗传等。电刺激可单一性兴奋靶位点神经元，已被广泛应用于临床；光遗传利用遗传操作引入外源基因，特异性兴奋或抑制神经活动。是否有一种神经调控技术可在不引入外源基因的前提下，特性地调控神经元活动，改变个体的认知行为呢？

　　针对这一科学问题，研究团队利用家鸽模式动物的优势，同步研究中红外光辐照(Mid-infrared stimulation, MIRS)对神经元视觉信息编码能力及视觉信息诱发眼动行为的调控影响。家鸽具有高度发达的视觉系统，其视动震颤眼球运动(optokinetic nystagmus, OKN)一直被作为研究视觉-行为转化的经典指标。顶盖前扁豆核区(the pretectal nucleus lentiformis mesencephali, nLM)直接接收视网膜输入，编码环境中视觉运动信息，是鸟类眼动产生的核心脑区之一。该研究发现外界视觉运动信息输入强度改变时，中红外光辐照会对nLM神经活动产生灵敏的增益调控。当接收到的视觉输入较强时，MIRS对神经电活动的调控效果增强，而当接收到的视觉输入较弱时，MIRS的调控效果也显著减弱。MIRS同时对眼动行为也体现出"遇强则强，遇弱则弱"的调控作用。为了进一步探讨MIRS调控的分子机制，研究工作还针对MIRS对钾、钠离子通道作用过程进行计算模拟，建模结果表明：MIRS选择性加快钾离子通道选择性过滤器内钾离子流动，而不影响钠离子的转运。从机制上揭示了中红外光辐照可影响动作电位的形成过程，使神经元电活动发生改变，从而有效调控动物的认知行为。以上发现为中红外光辐照作为新型神经功能调控技术提供生理证据和理论支持。

　　该工作于2023年2月28日发表在《eLife》杂志。审稿人及杂志编委对该工作评述："This study will be of interest to systems neuroscientists considering neuromodulation techniques other than optogenetics or electrical stimulation. The work is important, as it provides new insights into the mechanisms and effects of mid-infrared stimulation (MIRS) on neuronal activity."

图：中红外光辐照神经功能调控的作用机制

　　中科院生物物理所博士研究生肖彤、国防科技国家创新研究院博后吴开结博士和中科院空天信息创新研究院博士研究生王培亮为共同第一作者。中科院生物物理研究所杨艳研究员、国防科技创新研究院常超研究员为共同通讯作者，该研究得到了北京市自然科学基金、国家科技创新2030重大专项、中科院前沿科学重点研究项目和国家自然科学基金等支持。

　　文章链接：https://elifesciences.org/articles/78729

 

（供稿：杨艳研究组）