“鬼上身”真的实现了！斯坦福利用光遗传技术在脑机接口领域取得突破性成果
恐怖电影中经常会有这种情节，人失去控制自己身体的能力，莫名其妙的被一股外在的力量驱使着去干一些自己不想干的事情。本以为这丧心病狂的事只能出现在电影里，而万万没想到的是，斯坦福Integrated Biomedical Systems实验室居然将这项鬼畜般的技术应用在小老鼠身上，看着小老鼠在笼子里面规规矩矩的画圈，真是有种鬼上身的感觉。
那么这种自带魔性效果的黑科技是怎么做到呢？
首先，它是脑机接口的最新研究成果，科学家们将一颗胡椒大小的设备植入小鼠的大脑内，通过无线电源系统将这个设备打开，设备自身会闪蓝光，从而激活小鼠前运动皮层中基因工程修改的脑细胞，然后前运动皮层将信号传递给肌肉。实现了小鼠在笼子里转圈的情景。
虽然概述一下会比较简单，但真真将脑机接口实现这种魔鬼般的功能，还是相当费劲的，下面我就跟您一一分析一下这其中的奥秘。
单细胞绿藻会朝向光源运动，是因为其细胞膜上有一种特殊的蛋白质，蛋白质会对光照做出反应，在其细胞膜上打开一个离子通道，并因此改变绿藻细胞内部的电势，驱动鞭毛运动。2005年，科研人员意识到可以将这种蛋白质的基因编码移植到神经元的DNA中。
科学家们将这种单细胞藻类的基因编码插入到老鼠大脑中特定的神经元DNA中，随后，老鼠的神经元细胞膜上也会生成相应的光感蛋白。用光快速扫过这些神经元，神经元的细胞膜也会打开离子通道，带电的分子经由通道进入细胞。
这一过程是对神经元受电位改变而激活的方式的精准在线，同时这种方式也支持神经元释放神经递质，进一步激活相关的神经元。如此一来，整个神经系统受一点激发而完成整体“运作”。通过这个“运作”方式，神经回路受到电位改变被激活，然后激发相应器官的工作和对应的反射行为，以及产生被我们称之为奥秘的“思想”和“情感”。
传统的神经学研究通过电刺激来观测相应的变化，从头皮上放置电极或者将电极植入大脑来刺激和记录一组或几组神经元的激活反应。但这种刺激方法中，电极与某些神经元相比太大且不灵敏，根本无法触及到某些神经元。光遗传学技术，可以使小鼠的神经元想电路的晶体管样开启或关闭。即使小鼠收到大面积的光照，也只有相应神经元会做出反应，这就大大提高了改变与观测的精准度，这对于生物学来说具有非常重要的意义。
在斯坦福IntegratedBiomedical Systems实验室的这个试验中，他们给小鼠的头部植入了一个花椒大小的微型设备，而这个微型设备的前身也是经历了一番改革的。
第一代光遗传学技术是使用光纤来携带一个光脉冲经过颅骨。但这就要求小鼠必须附着在光纤上，并且要给它施加压力，这在一定程度上是会影响实验结果的。
为了将这根光纤移除，科研人员也想了很多办法。一些科学家试图在小鼠大脑内植入一块带有电池的LED板，但如果想要长期使用，这个设备就显得过大也过重。一些研究人员也尝试过给小鼠植入微型设备，但小鼠的头部还需要佩戴一个无线供电发射器。这些设备都在某些程度上干扰了小鼠的自由运动，改变其生活习惯，并影响了它的正常社交，因而这样的试验结果也是有失偏颇的。
斯坦福IntegratedBiomedical Systems实验室之所以能打造这样一款微型植入设备，而不需要小鼠头戴重型设备全部依赖于他们的无线供电系统。
有一个物理常识，当线圈接收电磁波时，线圈内可以产生电能，这也是当今电动汽车与智能手机无线充电的原理。但这种充电方式要求接收线圈必须能放在小鼠脑内，且需要一个能够覆盖整个鼠栏的足够强大的电磁场或者提供一个时刻瞄准移动中的小鼠的电磁波发射装置，这两种方法前者会耗费很大多余能量，后者要求设备本身有很高的技术难度。
斯坦福IntegratedBiomedical Systems实验室的科研人员对此提出一件非常高明的点子（当然这个点子也是基于大家普遍共识的屋里常识），每一个物体在碰上特定频率的电磁波时都会自然的产生共振，他们将电磁波的频率设定在小鼠的共振频率上，这样只要电磁波能送达到小鼠体内，这股电磁波就会保留在小鼠体内，不至于泄漏大量能源。
科研人员还在小鼠的笼子的上方放置一个商用射频信号发生器，在笼子下方放置一个腔室，腔室的顶盖由网状的栅格组成，这些栅格的网洞比电磁波的波长小得多，因而在静置情况下栅格会将电磁波的能力禁锢在腔室里。
当小鼠脚上的肉垫挤压栅格时，它的身体就会变成一根天线，接受脚下的无线电波信号。由于无线电波的频率就是小鼠的共振频率，这股电磁波就会保留在小鼠体内，小鼠的整个身体也同样覆盖了电场。此时植入小鼠头部的微型设备中的线圈捕获这股能量来支持设备的正常运转。
斯坦福IntegratedBiomedical Systems实验室为小鼠研发的微型设备包括能量接收线圈、电路、LED，他们总重只有 20 毫克（老鼠大脑的重量大概 2 克），总大小只有 10 立方毫米。同时它们建立第一个足够小来植入老鼠外围神经系统的光电基因设备，能够刺激老鼠脊柱和四肢的神经。这样一来科学家便可以绘制电信号在身体里面的传播路径了。
那么基于光遗传学这一套设备对于我们人类来说有何种意义呢？如之前我们提到过的科学家可以利用观遗传学技术更加精准的观测各神经元的反应。因而我们可以利用这套系统来进行大量的小鼠神经系统实验。
例如止痛药，为了测试止痛药，我们可以让小鼠在安全区域和电击区域中自由活动，观察它们的活动范围；如果小鼠在电击房里出现，则说明止痛药有效。这套微型的系统也可以用于饲养箱内实验，这样小鼠不会被研究者挪动到陌生区域，它们的习性会更加接近自然水平。
目前斯坦福IntegratedBiomedical Systems实验室已经将整套系统的设计细节全部公开化，包括教学视频，以便帮助全世界的神经科学家使用这样技术研究对人类有益的神经系统试验。