学习说 | 浅谈光遗传学

目前在神经科学界，我们面临的最大挑战是什么呢？是我们缺少一样工具，这个工具可以在刺激某一些特定神经元活动的同时，不影响其他神经元的活动。

——Francis Crick

（发现DNA双螺旋的诺奖得主）

早在2004年2月，潘卓华成功将光敏通道蛋白添加到视网膜神经元中，通过光照改变细胞活性。为此，美国国立卫生研究院（NIH）授予他30万美元的资助，并称赞：这是一项是史无前例的革命性技术^[1]。

图一:ChR2的视网膜神经元在光刺激下,记录到的神经元电生理信号^[1]

在2005年，斯坦福大学的卡尔·戴瑟罗斯研究组将光敏通道蛋白转入体外培养的神经元当中，并且利用光照成功地诱导出神经元的动作电位，标志着光遗传学的正式成功^[2]。在2006年，这种结合基因工程和光刺激的实验方式被正式定名为光遗传学。

图二:分别在470nm蓝光下诱导激活ChR2通道神经元^[3];580nm黄光诱导抑制NpHR通道神经元^[4]

传统的电刺激和药理学刺激两种方法与光遗传相比：电刺激做不到细胞特异性的选择，导致空间分辨率低；而药理学刺激虽然能够做到，但是时间分辨率低。

经历多年的发展，光遗传学成为神经科学界的明星技术手段。在2010年，光遗传技术被Nature评为年度十大技术方法之一。现在，在科学文献检索的网站上，仅以光遗传学为关键词就能够检索到每年至少700篇文献，而使用这项技术所做的研究更是不计其数，光遗传学成为神经科学界的“网红”。

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参考文献 

[1] Bi A, Cui J, Ma Y P, et al. Ectopic expression of amicrobial-type rhodopsin restores visual responses in mice with photoreceptordegeneration[J]. Neuron, 2006, 50(1):23-33.

[2] Boyden E S, Zhang F, Bamberg E, et al.Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neuralactivity.[J]. Nature Neuroscience, 2005, 8(9):1263-1268.

[3] G N, Tan A, Farhatnia Y, et al. Channelrhodopsins: visualregeneration and neural activation by a light switch.[J]. New Biotechnology,2013, 30(5):461.

[4] Zhang F, Gradinaru V, Adamantidis A R, et al. Optogeneticinterrogation of neural circuits: technology for probing mammalian brainstructures.[J]. Nature Protocols, 2010, 5(3):439-56.

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