什么是“光遗传学” 大脑的秘密要“曝光”了(2)

    各种各样的视蛋白。引自： Yuan Mei, Feng Zhang.(2012) Molecular Tools and Approaches for Optogenetics. BIOL PSYCHIATRY, 71, 1033–1038.

　　而如何让这些神奇的视蛋白进入到脑子里呢？

　　那就有请“遗传”的部分登场了。通过基因工程，科学家构建出了携带有特定种类视蛋白基因的病毒载体，用它们感染培育好的实验动物，再通过各种操作将视蛋白特异性的表达在某一类神经细胞上。从此，一类新的转基因实验动物诞生了，它们脑内将有且仅有这一类神经细胞对光敏感。

　　大功告成啦！

　　我们可让激光以高空间精度、高时间精度、高细胞特异性的照射来刺激目标细胞，同时观察大脑的各种反应，为研究不同神经细胞之间的功能连接提供便捷的实验控制手段（见下图）。

    激光照射时可选择性刺激有视蛋白的X类神经细胞而不影响附近的Y类，可以单独研究X类神经细胞对目标细胞Z的作用，而传统的电极刺激会同时激活XY两类细胞。引自： Ryan T. LaLumiere.(2011) A new technique for controlling the brain: optogenetics and its potential for use in research and the clinic. Brain Stimulation, 4, 1–6.

    目前的研究进展和困境何在？

　　这项技术一经推出就成了神经科学界的“香饽饽”，立刻被各个实验室广泛用于各种脑科学研究。斯坦福大学的研究人员在实验动物大脑额叶表达视蛋白后进行的研究最终定位了一批对行为发起极为重要的神经元，为探索决策机制和治疗抑郁症做出了重大贡献。圣迭戈医学院的研究者则利用光遗传刺激人为诱发了实验动物神经细胞的长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD），并以此控制了记忆形成的过程，推动了记忆形成的研究。日本的诺奖得主利根川进也跳出原有的免疫学研究领域，转而投入了通过光遗传学对神经系统的研究，他通过光遗传学技术成功使小鼠对记忆和情绪的关联发生异常，为探索情绪和记忆之间的关系做出了突出贡献。而我国学者也紧跟科学技术浪潮，利用光遗传技术对嗅觉、行为动机以及帕金森病等神经系统疾病展开了大量研究，走在世界前列。