Para saintis memotong tingkap ke dalam otak tetikus, kemudian memancarkan laser di atasnya untuk memicu halusinasi.
Itu pelik - tetapi hasil kajian yang diterbitkan pada hari ini (18 Julai) dalam jurnal Science, bahkan pelopor. Luar biasa, penyelidik mendapati, sementara tikus mempunyai berjuta-juta neuron, atau sel-sel otak, cahaya laser diperlukan untuk menyentuh hanya kira-kira 20 dari mereka untuk menipu tetikus untuk mengenali corak di dinding yang tidak benar-benar di sana.
Keputusan ini mengilhami para penyelidik untuk menanyakan soalan yang jarang disebutkan: Mengapa tidak tikus (dan manusia) sentiasa tersandung?
"Otak tikus mempunyai berjuta-juta neuron, otak manusia mempunyai banyak berbilion," kata penulis kanan Karl Deisseroth, seorang pakar neurosains dan psikiatri di Stanford University, dalam satu kenyataan. "Jika hanya 20 atau lebih boleh membuat persepsi, maka mengapa kita tidak membius sepanjang masa, disebabkan aktiviti rawak palsu?"
Kepekaan mental yang luar biasa ini menunjukkan bahawa otak mamalia mungkin lebih baik berbanding dengan yang difikirkan sebelumnya, Deisseroth menambah, mampu memberi respons kepada jumlah sel otak yang sangat rendah tanpa terlalu terganggu oleh neuron yang rusak secara rawak. Walaupun percubaan sekarang hanya melihat pengiktirafan corak visual mudah, mungkin sensasi mental yang lebih kompleks, seperti emosi atau kenangan, juga dikawal oleh sejumlah kecil sel otak yang menghairankan.
Mengembara pada laser
Bagaimana anda membuat hallucinate tetikus tanpa, katakan, tergelincir ubat psychedelic itu? Untuk eksperimen ini, para penyelidik menggunakan teknik yang dipanggil optogenetics - pada asasnya, pemasukan gen sensitif cahaya ke dalam otak haiwan yang menyebabkan neuron tertentu terbakar apabila terdedah kepada gelombang cahaya tertentu.
Teknik ini telah digunakan dalam kajian sebelumnya untuk menghidupkan tikus menjadi "zombie" kelaparan dan untuk membantu tikus menendang tabiat kokain mereka. Di sini, ia digunakan untuk mempelajari bagaimana otak tikus bertindak balas apabila ditunjukkan pelbagai corak garis mendatar dan menegak - dan untuk melihat sama ada respons neural mereka boleh dibuat semula semata-mata dengan menindih kumpulan kecil neuron dengan cahaya yang disasarkan.
Para penyelidik mencapai tugas ini dengan mengukir tingkap literal ke dalam tengkorak tikus (lengkap dengan panel kaca telus dan semuanya). Pembedahan ini mendedahkan korteks visual - rantau otak yang bertanggungjawab untuk memproses maklumat visual dalam kedua-dua tikus dan manusia. Para saintis juga memasukkan gen ke dalam tikus untuk menghasilkan dua protein yang berlainan, yang menyebabkan neuron menjadi hijau bersinar apabila mereka diaktifkan dan yang lain menyebabkan neuron terbakar apabila terdedah kepada cahaya laser inframerah tertentu.
Seterusnya, penyelidik menunjukkan tikus corak garis selari yang bergerak dan melatih mereka untuk menjilat muncung air apabila garis-garis itu menegak atau mendatar dengan sempurna. Terima kasih kepada protein yang bersinar hijau, saintis melihat dengan tepat mana neuron dipecat apabila tikus diiktiraf dan bertindak balas terhadap orientasi garis yang berlainan. Ini membolehkan para penyelidik untuk membangunkan "hologram" khas cahaya laser yang boleh dipecat tepat pada titik yang betul dalam otak tetikus untuk menyasarkan hanya neuron yang terlibat dalam mengenal pasti garis mendatar atau menegak.
Sekarang, untuk "halusinasi." Secara beransur-ansur, para penyelidik menunjukkan tikus-tikus semakin meramalkan unjuran garis-garis mendatar dan menegak, sementara itu mencetuskan neuron yang sesuai dalam otak tikus dengan laser khas mereka. Pada akhir eksperimen, para penyelidik berhenti menunjukkan garis tikus sama sekali - tetapi, apabila laser melanda neuron yang bertanggungjawab untuk melihat garis mendatar atau menegak, tikus masih bertindak balas dengan menjilat muncung air yang sesuai.
Adakah halusinasi ini benar? Adakah tikus benar-benar "melihat" garisan yang tidak kelihatan? Tidak mustahil untuk mengetahui dengan pasti, kata Deisseroth dalam artikel berita yang mengiringi kajian itu. Walau bagaimanapun, penembusan sel otak tikus dan tindak balas tingkah laku kepada cahaya laser kelihatan sama seperti yang mereka lakukan semasa persepsi semula jadi, "kata Deisseroth. Sebenarnya, cahaya laser menyebabkan otak tikus untuk bertindak balas terhadap rangsangan visual tertentu yang tidak ada di sana.
Hebatnya, para penyelidik menulis, mereka dapat mencetuskan respons neural spesifik pada tikus mereka dengan menargetkan antara 10 dan 20 neuron - sebahagian kecil daripada satu peratus jumlah tikus berjuta-juta.
"Kami tidak tahu berapa banyak sel yang mungkin diperlukan untuk mencetuskan pemikiran, pengalaman deria atau emosi yang lebih rumit," kata Deisseroth, "tetapi ia mungkin menjadi nombor kecil yang mengejutkan, memandangkan apa yang kita lihat dalam tetikus. "
