鬼上身一般地身体被其它控制接管似乎只是一种人们幻想出来的恐怖故事，但这却并非不可能。比起潜入梦境这样仍显异想天开的方法，科学家们已经发现了一种更有可能的技术。近日，斯坦福大学一组神经科学家在 IEEE Spectrum 11 月刊上发文介绍了他们在脑机接口上的最新研究成果。他们使用了所谓的无线光遗传学工具（wireless optogenetic tools），让人们可以通过无线的方式控制小鼠在笼子里的移动方向。本文作者为研究者之一、来自斯坦福 Integrated Biomedical Systems 实验室的 Ada Poon。

在控制实验鼠的行为时，科学家通常采用的方式是利用食物诱导或使用空气喷射来刺激它。而在斯坦福大学的实验室里，我和我的同事研究出了一种新的控制实验鼠的方法：利用闪光直接给大脑下达命令。

首先，我们在小鼠的大脑里面植入了一个一颗胡椒大小的设备。当我们使用我们的无限电源系统（wireless power system）打开它时，该设备会闪烁蓝光，这种蓝光可以激活小鼠前运动皮层（premotor cortex）中基因工程修改的脑细胞，然后前运动皮层可以将信号传递给肌肉。当我们看到我们的实验鼠不再随机乱动，而是在笼子里面规规矩矩地转圈时，我们的内心也是充满了惊奇。

研究者使用了植入在小鼠头里面和腿部神经上的 LED 设备来刺激经过了基因修改的神经元——这些神经元会对闪光做出反应。这种光遗传学技术（optogenetic technology）可以让研究者准确控制某一组神经元然后研究其结果。这些无线供电的植入物只有大约一颗胡椒大小，所有它们本身的重量不会给小鼠带来负担或改变它们的行为。

这种直接的大脑控制曾经只属于科幻。但随着光遗传学这项新技术的出现，我们可以使用光来启动脑细胞和激活特定的神经回路，并观察其对生物的生理和行为的影响。这种研究的目标是为了通过对神经系统更好的理解和这项技术可能的临床应用寻找其对医学的好处。光遗传学还没有在人类大脑中进行过测试，但在理论上来说，神经科学家可以使用基于光的刺激来识别和修复人类神经系统中出了故障的回路。

但是，这种潜在的应用却因为无法将光引入到大脑中而被一再延迟。为了解决这一难题，一些研究者使用了穿过头颅和脑组织的微型光纤来传递光脉冲。为了给植入物供电，其他一些研究者还实验了连接到笨重的电池或头戴式设备的植入式 LED 设备。

我们的转圈的老鼠的实验则证明了另一种更好的方法。我的实验室开发了可以无缝整合到身体之中的电子器件：这种胡椒大小的设备只有之前的光遗传学设备的 1%。我们的小鼠身上没有线缆、电池或古怪的头戴设备，所以它们可以自由地移动——这是进行常见的迷宫或游泳等测试的必备要求。此外，如果其它小鼠遇到了我们实验的小鼠，它们也不会觉察到有什么不同寻常的地方——这让我们还可以进行有关社会行为的实验。

打造微型设备本身是相对容易的；难的是想办法在小鼠自动移动的时候给这些设备提供能量，同时不干扰它们在场地里的运动。我们的解决方案是采用无线供电——笼子下面的谐振腔（resonant chamber）发出的无线电波被小鼠自己的身体捕获到。有了这种应对那个光遗传学技术问题的答案，我希望神经科学家能够更多地照亮大脑中隐藏的秘密。

你是否有注意到室内的植物会逐渐朝向有阳光的窗户？类似的植物学技巧是光遗传学的基础。这种诀窍来自单细胞绿藻（unicellular green algae），这些绿藻会朝向光源运动，这是由于其细胞膜上有一种特殊的蛋白质。这种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，并因此可以改变绿藻细胞内部的电势并驱动两个鞭子一样的鞭毛运动。大约在 2005 年左右，一些研究团队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。

这项神经科学前沿技术的出发点来源于对单细胞生物体的构造模仿

图 1/5：这种单细胞生物是藻类生物，更具体来说是细胞膜上有光敏感蛋白的藻类生物。

图 2/5：当细胞膜接触到光的照射时，细胞膜上的光感蛋白将会打开细胞膜的离子通道，如此一来细胞的电势就会发生改变。

图 3/5：这类藻类细胞膜上光感蛋白的表达是受其基因控制的。

图 4/5：将这类藻生物控制光感蛋白的基因插入到老鼠大脑中特定神经元的 DNA 里。随后，老鼠的神经元的细胞膜上也相应生成了光感蛋白。