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An optical brain-to-brain interface supports rapid information transmission for precise locomotion control

Science China(Life Sciences) 2020年第6期63卷 875-885页

作者： Lihui Lu Ruiyu Wang Minmin Luo School of Life Sciences Tsinghua UniversityBeijing 10084China Tsinghua-Peking Center for Life Sciences Tsinghua UniversityBejing 100084China National Institute of Biological Sciences(NIBS) Beijing 102206China School of Life Sciences Peking UniversityBejing 100871China Peking University-Tsinghua University-NIBS Joint Graduate Program Bejing 102206China Chinese Institute for brain Research Beiing 102206China Tsinghua Institute of Multidisciplinary Biomedical Research(TIMBR) Beijing 102206China

brain-to-brain interfaces(BtBIs) hold exciting potentials for direct communication between individual brains. However,technical challenges often limit their performance in rapid information transfer. Here, we demonstrate an optical brain-to-brain interface that transmits information regarding locomotor speed from one mouse to another and allows precise, real-time control of locomotion across animals with high information transfer rate. We found that the activity of the genetically identified neuromedin B(NMB) neurons within the nucleus incertus(NI) precisely predicts and critically controls locomotor speed. By optically recording Ca2+ signals from the NI of a "Master" mouse and converting them to patterned optogenetic stimulations of the NI of an "Avatar" mouse, the Bt BI directed the Avatar mice to closely mimic the locomotion of their Masters with information transfer rate about two orders of magnitude higher than previous Bt BIs. These results thus provide proof-of-concept that optical Bt BIs can rapidly transmit neural information and control dynamic behaviors across individuals.

关键词： brain-to-brain interface locomotion nucleus incertus fiber photometry optogenetics support vector machine(SVM)classifier

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