光遺傳學(xué)(optogenetics)，即結(jié)合遺傳工程與光來操作個(gè)別神經(jīng)細(xì)胞的活性，發(fā)現(xiàn)腦部如何產(chǎn)生γ波(gamma oscillations)，并為它們?cè)谡{(diào)控腦部功能中的角色提供新證據(jù)，這將有助于發(fā)展一系列腦相關(guān)失調(diào)的新療法。

光遺傳學(xué)-基本資料

光遺傳學(xué)方法研究生物大腦

光遺傳學(xué)是研究人員使用一種新的光控方法選擇并打開了某種生物的一類細(xì)胞。這也幫助科學(xué)家解答一個(gè)長期存在的難題，即關(guān)于脊髓中某類神經(jīng)元的特殊功能的研究。光遺傳學(xué)(optogenetics)——結(jié)合遺傳工程與光來操作個(gè)別神經(jīng)細(xì)胞的活性，發(fā)現(xiàn)腦部如何產(chǎn)生γ波(gamma oscillations)，并為它們?cè)谡{(diào)控腦部功能中的角色提供新證據(jù)，這將有助于發(fā)展一系列腦相關(guān)失調(diào)的新療法。

光遺傳學(xué)-科學(xué)研究

光影響小白鼠的大腦

斯坦福大學(xué)的研究人員現(xiàn)在可以使用光來影響小白鼠的大腦，讓一只患有帕金森癥的小白鼠重新站立起來，甚至是重新走路。他們把這項(xiàng)技術(shù)稱之為Optogenetics(optical stimulation plus genetic engineering 光刺激基因工程/光遺傳學(xué))。

這個(gè)技術(shù)的關(guān)鍵是：科學(xué)家們必須事前向小白鼠體內(nèi)注射一種植物基因，這種基因能夠?qū)Σ煌伾獾拇碳ぷ鞒雒舾械姆磻?yīng)，還能通過自生特性感染類似的細(xì)胞。

斑馬魚幼蟲細(xì)胞中靶向插入光敏開關(guān)

研究人員在清醒的斑馬魚幼蟲的這些細(xì)胞中靶向插入光敏開關(guān)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞產(chǎn)生了突發(fā)的游泳行為—幼蟲典型的周期性擺尾。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能為人類相關(guān)的研究提供一種啟發(fā)，因?yàn)椴溉閯?dòng)物也有類似的細(xì)胞。此外，這項(xiàng)研究也凸現(xiàn)了新技術(shù)的亮點(diǎn)，使用光控開關(guān)-光柵離子通道并結(jié)合基因靶向定位可以輕松研究某一類型的細(xì)胞。

人的神經(jīng)病學(xué)疾病

光遺傳學(xué)

研究表明在罹患精神分裂癥與其他精神病學(xué)與神經(jīng)病學(xué)疾病的患者身上(被擾亂)會(huì)出現(xiàn)γ波，光遺傳學(xué)新工具給予科學(xué)家很大的機(jī)會(huì)來探索這些信號(hào)通路的功能。γ振蕩反映出大型互連神經(jīng)元網(wǎng)路的同步活動(dòng)，以范圍在每秒 20 - 80 週期的頻率發(fā)射。這些振蕩被認(rèn)為由一種特殊的抑制細(xì)胞(inhibitory cells)稱為快閃中間神經(jīng)元(fast-spiking interneurons) 所控制，但是到目前為止，這一設(shè)想并未得到具體的證實(shí)。

為了測(cè)定哪些神經(jīng)元負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)這種振蕩，研究人員利用一種被稱為 channelrhodopsin-2(ChR2，第二型離子通道視紫質(zhì))的蛋白，這種蛋白能使神經(jīng)元對(duì)光敏感。通過結(jié)合遺傳學(xué)技術(shù)，研究人員在不同類型的神經(jīng)元中表達(dá)了ChR2，通過激光與遍及腦部的光纖，精確調(diào)控它們的活性。

通過更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，研究人員還發(fā)現(xiàn)根據(jù)刺激發(fā)生在振蕩周期的哪個(gè)階段，腦部對(duì)于觸覺刺激的反應(yīng)會(huì)更大或更小。從而支持了前文的構(gòu)想：這些同步振蕩對(duì)于控制我們?nèi)绾胃兄碳ず苤匾?/p>

光遺傳學(xué)-前景預(yù)測(cè)

使用這些光遺傳學(xué)(optogenetic)工具，能夠激活清醒哺乳動(dòng)物的單一神經(jīng)元，并直接演示神經(jīng)元激活表現(xiàn)出的行為結(jié)果。該光遺傳學(xué)方法使得研究人員能夠獲得關(guān)于脊髓回路的一些重要信息。光遺傳學(xué)研究使用的新技術(shù)可以推廣到所有類型的神經(jīng)細(xì)胞，比如大腦的嗅覺，視覺，觸覺，聽覺細(xì)胞等。光遺傳學(xué)開辟了一個(gè)新的讓人激動(dòng)的研究領(lǐng)域，可以挑選出一種類型的細(xì)胞然后發(fā)現(xiàn)其功能。