驚慌害怕，惶惶不安，這樣的恐懼情緒想必人人都不想要，然而，恐懼并非你所想象的那樣一無是處。

　　在科學家看來，恐懼是物種進化與生存過程中最重要和最不可或缺的基本情緒表征之一，外界的恐懼刺激可以激發(fā)生物個體的防御行為，從而在其生存和繁衍中起到重要作用。然而，大腦中的“恐懼情感”到底是由哪一類神經(jīng)元操縱的，是一個令很多科學家困惑多年的問題。

　　最近，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院-MIT麥戈文聯(lián)合腦認知與腦疾病研究所王立平研究團隊與中科院多家研究機構(gòu)協(xié)同攻關(guān)，應(yīng)用光感基因神經(jīng)環(huán)路調(diào)控等技術(shù)解析出存在于大腦皮層下的一類特定類型神經(jīng)元，可以針對視覺的威脅刺激信息在毫秒級給予快速處理，而不需要視覺皮層的直接參與。這就意味著，針對快速出現(xiàn)的危險刺激，可以不用“眼見為實”，就需要快速“直覺”出危險的存在而在毫秒級作出逃避反應(yīng)。系列研究成果分別于今年4月和7月，連續(xù)發(fā)表在國際著名學術(shù)期刊《自然—通訊》上。

　　揭示神經(jīng)環(huán)路的奧秘

　　科學家認為，無論是動物或人，對于快速出現(xiàn)和不斷逼近的“陰影”刺激，不管真正的刺激源來自哪里，都會激發(fā)生物個體作出非?？焖俚谋灸苄跃X和防御反應(yīng)，甚至完全“不需經(jīng)過思考”。盡管動物和人的大腦在基因表達、腦結(jié)構(gòu)及容量上差別很大，但是執(zhí)行“趨利避害”這些與基本生存密切相關(guān)功能所對應(yīng)的神經(jīng)系統(tǒng)，在進化過程中被保留并固化下來，形成了其特定的神經(jīng)環(huán)路連接方式。

　　這些隱藏于大腦深處的“古老”的神經(jīng)環(huán)路，卻蘊藏著人類基本情感產(chǎn)生的秘密。然而，經(jīng)典的研究方法（藥物干預(yù)、電刺激、磁刺激、力刺激等）都無法在毫秒級時間精準、單類細胞特異性的調(diào)控神經(jīng)環(huán)路，因而無法真正理解情緒的機制。

　　大腦中的恐懼情感是由哪一類神經(jīng)元操縱的？慢性疼痛是怎樣導(dǎo)致焦慮的？這樣的問題不解決，就很難真正在“只具有治療效果的”的細胞靶點上針對負面情緒給予調(diào)控。

　　精準地解析神經(jīng)環(huán)路的結(jié)構(gòu)和功能是解決這些問題的關(guān)鍵。“光遺傳技術(shù)的出現(xiàn)也讓使得上述問題的最終解決成為可能。”王立平告訴記者。

　　論文的共同第一作者蔚鵬飛博士、劉楠和張志建等人在研究中，發(fā)現(xiàn)上丘中深層興奮性神經(jīng)元會特異性的響應(yīng)天敵威脅的視覺刺激，通過丘腦的快速中繼通路將信號傳輸至外側(cè)杏仁核，并持續(xù)激活杏仁核神經(jīng)元的活動。利用光遺傳學技術(shù)特異性的“關(guān)閉”或者“打開”這條通路的功能，研究人員發(fā)現(xiàn)這條通路特異性的介導(dǎo)了動物本能恐懼反應(yīng)的產(chǎn)生。此項研究成果有望為進一步解析包括恐懼情緒在內(nèi)的物種繁衍生存的基本神經(jīng)環(huán)路特征和精神疾病的發(fā)生機制提供新的研究思路。

　　而為了回答“慢性疼痛是怎樣導(dǎo)致焦慮”這一問題，王立平團隊與北京大學王韻教授實驗室合作，整合運用光遺傳技術(shù)等方法以及電生理、行為學和分子生物學等交叉技術(shù)手段，揭示了在情緒、認知、決策中至關(guān)重要的前額葉皮層中的亞核團前邊緣皮質(zhì)中的興奮性神經(jīng)元在慢性痛和焦慮中的作用。

　　“目前，腦科學國際前沿和主流的研究方向上，特別是神經(jīng)環(huán)路調(diào)控的研究，都集中在神經(jīng)細胞種類的標記技術(shù)、神經(jīng)環(huán)路示蹤技術(shù)、特定細胞類型的神經(jīng)環(huán)路調(diào)控和技術(shù)手段等。美國‘腦計劃’也把這幾個技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)，這將成為未來國際腦科學研究的不可或缺的重要手段之一。”完成這件工作的重要參與者，武漢物理數(shù)學所研究員徐富強說。

　　光遺傳技術(shù)帶來腦科學革新

　　據(jù)研究人員透露，目前全球腦疾病患者人數(shù)已經(jīng)超過5億，由此產(chǎn)生的醫(yī)療負擔達數(shù)萬億美元/年，高居全部疾病之首。因此，腦科學成為了當前 “后基因組時代”的研究熱點，各國均加大了相關(guān)研究的投入。

　　上世紀美國的“腦十年”，歐洲的“歐洲腦十年”，日本的二十年“腦科學時代”等計劃，都已為腦科學研究給予了巨額資助。2011年起，我國先后啟動了自然科學基金委“重大研究計劃”和中國科學院“戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項”等多個腦科學重大研究專項。

　　腦功能成像技術(shù)的出現(xiàn)使得神經(jīng)科學研究在過去的二十年中有了前所未有的飛速發(fā)展。而光遺傳技術(shù)則是近十年迅速發(fā)展起來的一項整合了光學、基因工程、電生理以及電子工程的全新的多學科交叉的生物技術(shù)。2010年《自然—方法》期刊將光遺傳技術(shù)評為當年的“年度技術(shù)”；2013年《科學》雜志評論道：“光遺傳技術(shù)帶來了腦科學的革新，科學家們實現(xiàn)了用光來調(diào)控神經(jīng)元活動。”

　　“這項技術(shù)的主要原理是首先采用基因操作技術(shù)將對光敏感的基因轉(zhuǎn)入到神經(jīng)系統(tǒng)中特定類型的細胞中進行表達，使其在細胞膜上形成特殊的對特定陰、陽離子選擇性通透的通道。”王立平介紹說，這些離子通道對不同波長的光敏感，特定波長光調(diào)控會分別對陽離子或者陰離子的通過產(chǎn)生選擇性，從而造成細胞膜兩邊的膜電位發(fā)生變化，達到對細胞選擇性地興奮或者抑制的目的，這是常規(guī)的研究手段所無法實現(xiàn)的。

          在過去的幾年中，光遺傳技術(shù)在神經(jīng)環(huán)路解析中的廣泛應(yīng)用，幫助人們回答了許多傳統(tǒng)研究方法無法回答的科學問題。先進院腦所的主要研究方向包括腦認知的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)，腦疾病的神經(jīng)環(huán)路機制以及腦科學研究新技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用與資源共享。

　　“目前，先進院腦所已經(jīng)建立起了完善的光遺傳學技術(shù)平臺，實現(xiàn)了從光感基因病毒載體制備、光神經(jīng)界面技術(shù)、光電極陣列技術(shù)到光神經(jīng)電信號處理等光遺傳學技術(shù)的核心技術(shù)，其中已經(jīng)獲得技術(shù)專利授權(quán)的有18件；光遺傳技術(shù)已經(jīng)由深圳輻射到境內(nèi)外的130多家實驗室。”王立平介紹說。

　　與此同時，先進院腦所正在腦科學與腦認知領(lǐng)域積極參與國際前沿的競爭，他們的目標是將應(yīng)用基礎(chǔ)研究和新技術(shù)開發(fā)的研發(fā)能力在深圳生根，積極推動“腦技術(shù)”與科研、產(chǎn)業(yè)需求的對接，促進自主創(chuàng)新與國家生物產(chǎn)業(yè)需求的有機結(jié)合。 

郭爽