《自然神经科学》：首次证明光遗传学可以用于控制活体人脑组织的癫痫活动

　　

加州大学旧金山分校、加州大学圣克鲁斯分校和加州大学伯克利分校的研究人员利用光脉冲来防止神经元中类似癫痫发作的活动，这可能有一天会成为一种新的治疗癫痫的方法。

研究人员使用从癫痫患者身上取出的脑组织作为治疗的一部分。

最终，他们希望这项技术能够取代手术，切除癫痫发作的脑组织，为那些无法用药物控制症状的患者提供一种侵入性较小的选择。

该团队使用了一种称为光遗传学的方法，该方法利用一种无害的病毒将微生物中的光敏基因传递给大脑中的一组特定神经元，这些神经元可以通过光脉冲打开和关闭。

这是首次证明光遗传学可以用于控制活体人脑组织的癫痫活动，并为其他神经系统疾病和病症的新治疗打开了大门。

神经外科助理教授Tomasz Nowakowski博士是这项研究的资深作者之一，该研究发表在11月15日的《自然神经科学》杂志上，他说：“这代表着朝着治疗癫痫和其他疾病的强有力的新方法迈出了一大步。”

抑制癫痫发作

为了让组织存活足够长的时间来完成研究，研究人员创造了一个模拟颅骨内部条件的环境。

神经外科住院医师约翰·安德鲁斯医学博士将组织置于一种营养培养基上，这种培养基类似于浸泡在大脑中的脑脊液。

加州大学伯克利分校的生物分子工程师David Schaffer博士发现了传递基因的最佳病毒，这样它们就可以在团队所针对的特定神经元中起作用。

安德鲁斯然后把组织放在一个电极床上，这个电极床足够小，可以检测神经元相互交流的放电情况。

当大脑活动正常时，神经元会以不同的时间和频率发出可预测的低水平信号。但在癫痫发作期间，这种喋喋不休的声音同步变成了巨大的电活动爆发，淹没了大脑的随意交谈。

研究小组希望通过关闭含有光敏蛋白的神经元，利用光脉冲来防止爆发。

远程控制实验

首先，研究小组需要找到一种不干扰组织的方法来进行实验。这些微小的电极之间的距离只有17微米——还不到人类头发宽度的一半——大脑切片的最小运动都可能使结果产生偏差。

Mircea Teodorescu博士是UCSC电子和计算机工程副教授，也是这项研究的资深作者之一，他设计了一个远程控制系统来记录神经元的电活动，并向组织传递光脉冲。

特奥多雷斯库的实验室编写了软件，使科学家能够控制设备，因此该小组可以在诺瓦科夫斯基的旧金山实验室的圣克鲁斯组织上指导实验。

这样，就不需要有人在保存纸巾的房间里了。

“这是一次非常独特的合作，解决了一个极其复杂的研究问题，”特奥多雷斯库说。“我们实际上完成了这一壮举，这一事实表明，当我们把我们机构的优势结合在一起时，我们可以走得更远。”

对癫痫发作的新认识

光遗传学使研究人员能够放大离散的神经元集。

研究小组可以看到哪种类型的神经元以及需要多少神经元才能引发癫痫发作。他们确定了改变活体大脑切片中神经元电活动所需的最低光强度。

研究人员还可以看到神经元之间的相互作用是如何抑制癫痫发作的。

加州大学旧金山分校神经外科主任爱德华·张医学博士说，这些见解可能会彻底改变对癫痫患者的护理。

Chang说：“我相信在未来，如果我们使用这种方法，我们就不必这样做了。”Chang和Nowakowski一起是加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所的成员。

“我们将能够让人们更微妙、更有效地控制癫痫发作，同时使他们免受这种侵入性手术的困扰。”