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作技术，允许使用光非常精确地控制细胞内的过程。由于大脑中有数十亿神经元相互连接的网络，很难解开和研究精神疾病和神经退行性疾病发生了什么。通过电极或各种药物模拟神经元的传统工具是非常有用的工具，但它们不允许对单个神经元的活动进行调节。这就限制了如何绘制感兴趣的神经通路，以及如何将它们的功能确定为更广泛网络的一部分。光遗传学研究的关键是视蛋白基因，它的作用类似于“光传感器”。视蛋白对光作出反应，通过基因改造神经元，使其包含视蛋白基因，因此可以利用光打开单个神经元的离子通道并发出电信号。

Boyden和Deisseroth(2005)的一篇关键论文报道了一种利用视蛋白通道rhodopsin(源自绿藻)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展光遗传学的可能性，例如识别和修改对不同波长作出反应的视蛋白，并能够关闭神经元。从这些发展中受益的领域是深远的，从记忆是如何形成的，成瘾研究，通过深层大脑刺激提供更好的帕金森病震颤管理，以恢复视力

有许多支持技术已经使这项技术成为可能:以精确的时间将特定波长的光传递给表达视蛋白的细胞，通过诸如马赛克， 尽管sCMOS相机通常是这些实验中最合适的探测器解决方案，例如，当钙成像所需的高帧速率时。

参考

• 张峰，王志强，王志强，王志强。神经活动的基因靶向光学控制。中华神经科学杂志。2005年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。细胞特异性的pallidal干预诱导多巴胺缺失小鼠持久的运动恢复。自然神经科学,2017;DOI: 10.1038 / nn.4559。
• 光遗传学:神经科学中微生物视蛋白的十年研究。2015年9月;18(9): 1213 - 25所示。
• Morton，A.，Murawski，C.，Deng，Y.，Keum，C.，Miles，G. B.，Tello，J.A。，Ground，M. C.，Adv。Biosys。2019,3,1800290。https://doi.org/10.1002/adbi.201800290。