光遗传学——将大脑的内部过程带入光中

光遗传学结合了光学和基因操纵技术，可以利用光非常精确地控制细胞内的过程。由于大脑中有数十亿个神经元相互连接的网络，所以很难解开和研究精神疾病和神经退行性疾病中发生了什么。通过电极或各种药物模拟神经元的传统研究工具是非常有用的工具，但它们不允许调节单个神经元的活动。这限制了感兴趣的神经通路的映射，以及它们作为更广泛网络一部分的功能的确定。光遗传学研究的关键是视蛋白基因，它就像“光传感器”一样。视蛋白对光有反应，通过对神经元进行基因改造，使其包含视蛋白基因，因此有可能利用光打开单个神经元的离子通道，并发射电信号。

其中一篇关键论文是Boyden和deisserth(2005)的论文，他们报道了一种使用视蛋白通道视紫红质(来自绿藻)刺激大鼠神经元的有效方法。在接下来的几年里，许多研究小组继续扩大光遗传学的可能性，例如，通过识别和修改视蛋白对不同波长的反应，并能够关闭神经元。从记忆是如何形成的，成瘾研究，利用脑深部刺激更好地管理帕金森病震颤，到恢复视力，从这些发展中受益的领域是深远的

有许多支持技术帮助使这项技术得以建立:以精确的时间向视蛋白表达细胞传递特定波长的光，通过诸如马赛克,而sCMOS相机通常是这些实验中最合适的检测器解决方案，例如当钙成像需要高帧率时。

参考文献

• 张峰，张晓燕，张晓燕。神经活动的基因靶向光控制。神经科学。2005 9月8(9):1263-8。Epub 2005 8月14日。
• Kevin J Mastro, Kevin T Zitelli, Amanda M Willard, Kimberly H Leblanc, Alexxai V Kravitz, Aryn H Gittis。细胞特异性苍白素干预诱导多巴胺缺失小鼠持久运动恢复。自然神经科学,2017;DOI: 10.1038 / nn.4559。
• 光遗传学:微生物视蛋白在神经科学中的10年。Nat Neurosci 2015年9月;18(9): 1213 - 25所示。
• Morton, A.， Murawski, C.， Deng, Y.， Keum, C.， Miles, G. B.， Tello, J. A.， Gather, m.c, ad . Biosys. 2019, 3,1800290。https://doi.org/10.1002/adbi.201800290。