http://www.physorg.com/news159973187.html
by Deborah Halber, April 26th, 2009
科學家研究高頻腦波，稱為γ振盪（gamma oscillations），已超過 50 年，認為它們對意識、注意力、學習以及記憶很重要。現在，MIT 研究者與同僚首度發現一種方式，藉由直接將雷射光照向老鼠腦部來誘發這些腦波。
這項研究利用一種新開發的技術，稱為光遺傳學（optogenetics），那結合遺傳工程與光來操作個別神經細胞的活性。這項研究協助解釋，腦部如何產生γ波，並為它們在調控腦部功能中的角色提供新證據 -- 這些洞見有朝一日能導致一系列腦相關失調的新療法。
"Gamma 波已知在罹患精神分裂症與其他精神病學與神經病學疾病的患者身上（被擾亂），" 蔡立慧（Li-Huei Tsai）表示，Picower 神經科學教授以及 Howard Hughes 醫學研究所研究者。"這種新工具給予我們很大的機會來探索這些迴路的功能。"
蔡立慧也是一篇與此研究相關之論文的共同作者，那出現在 4/26 Nature 線上版。
Gamma 振盪反映出大型互連神經元網路的同步活動，以範圍在每秒 20 - 80 週期的頻率一起發射。"這些振盪被認為由一種特殊的抑制細胞（inhibitory cells）稱為快閃中間神經元（fast-spiking interneurons） 所控制，" Jessica Cardin 表示，該研究的共同領導作者，同時也是 MIT McGovern 腦研究所的博士後研究員。"但是到目前為止，仍不可能直接測試這種構想。"
為了測定哪些神經元負責驅動這種振盪，研究者使用一種被稱為 channelrhodopsin-2（ChR2，第二型離子通道視紫質）的蛋白質，那能使神經元對光敏感。"透過數種遺傳技巧的結合，我們能在不同類型的神經元中表現 ChR2，讓我們能經由雷射與遍及腦部的光纖，以精確的時機來操縱它們的活性，" 共同領導作者 Marie Carlen 表示，Picower 研究所的博士後研究員。
誘發γ波的技巧是選擇性的活化「快閃」中間神經元，因它們電活動的獨特模式而得名。當這些細胞受到高頻雷射脈衝驅使時，被照射的皮質區域開始產生γ振盪。"我們首度證明，藉由活化一特定細胞類型，進而誘發某種特定腦部狀態，是可能的，" 共同作者 Christopher Moore 表示，神經科學副教授，同時也是 McGovern 研究所的研究者。相較之下，當快閃中間神經元在低頻被活化，或是不同類型的神經元被活化時，並不會誘發γ振盪。
作者們更進一步證明，這些腦部節律調控感覺訊號的處理。他們發現，依據刺激發生在振盪週期哪個階段，腦部對於觸覺刺激的反應會更大或更小。"那支持這種構想：這些同步振盪對於控制我們如何感知（perceive）刺激很重要，" Moore 說。"γ節律也許充當大聲公，或視覺輸入的 brighter（增光器？），全都根據這些模式如何調控腦部迴路。"
因為這種新方法需要結合來自於神經科學與分子遺傳學的專家，所以有三間不同實驗室對它的實現做出貢獻。除了 MIT 的 Tsai、Moore 與 Carlen 之外，共同作者還包括 Jessica Cardin，McGovern 研究所與賓州大學所屬研究（research affiliate），以及史丹佛大學的 Karl Deisseroth 與 Feng Zhang。其他共同作者還包括 Konstantinos Meletis， Picower 博士後研究者，以及 Ulf Knoblich，MIT 腦與認知科學系的畢業生。
※ 相關報導：
＊ Driving fast-spiking cells induces gamma rhythm and controls sensory responses
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/abs/nature08002.html
http://dx.doi.org/10.1038/nature08002
Jessica A. Cardin, Marie Carlen, Konstantinos Meletis,＊ 頭腦如何維持最佳狀態？保持正確的細胞節律
Ulf Knoblich, Feng Zhang, Karl Deisseroth, Li-Huei Tsai &
Christopher I. Moore
Nature advance online publication 26 April 2009
doi: 10.1038/nature08002
＊ 光聲學有助於癌症研究
＊ 研究者在量子級聯雷射中發現新型雷射
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