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文章的通訊作者是腦科學綜合研究中心神經(jīng)回路動力學研究組的Thomas Knöpfel組長，這位科學家在大腦活動研究方面取得了多項成果，曾就小腦內(nèi)皮層的高頻網(wǎng)絡振蕩等方面發(fā)表多篇文章。
光遺傳學（optogenetic）技術是指將光學技術與遺傳學技術相結合，在動物體內(nèi)針對神經(jīng)系統(tǒng)開展研究的技術，比如說可以結合遺傳工程與光來操作個別神經(jīng)細胞的活性，發(fā)現(xiàn)腦部如何產(chǎn)生γ波（gamma oscillations），并為它們在調(diào)控腦部功能中的角色提供新證據(jù)，這將有助于發(fā)展一系列腦相關失調(diào)的新療法。
在這篇文章中，研究人員獲得了大腦神經(jīng)研究方面的一個光遺傳學研究新工具：電位敏感熒光蛋白，他們成功開發(fā)出能夠在活著的大腦內(nèi)檢測出神經(jīng)細胞中產(chǎn)生的電子變化的光傳感器，這種光傳感器就是一種電位敏感熒光蛋白：VSFP2.3/2.42。而且研究人員在小鼠腦部特定部位遺傳性編入這一蛋白，并通過刺激一根胡須后實時記錄了產(chǎn)生的神經(jīng)活動情況。
構成生物體的細胞發(fā)揮著各種特性，生命現(xiàn)象也由此而生。實時了解細胞間的活動、各種細胞的活動狀況成為研究人員揭開復雜生命謎團，開發(fā)疾病治療方法的重要途徑。在保護頭蓋骨的同時，對處理大腦龐大信息的大量神經(jīng)細胞活動進行實時性成像是非常困難的。
在分子成像研究不斷發(fā)展的同時，人們希望能夠開發(fā)出把神經(jīng)細胞間的會話制作成錄像的工具。
這項研究開發(fā)電位敏感熒光蛋白，通過導入基因?qū)⒋竽X神經(jīng)活動圖像化，是在讀取神經(jīng)活動的大腦上實現(xiàn)光遺傳學技術應用。研究人員將遺傳性導入電位敏感熒光蛋白的新型光傳感器，特定了2種熒光蛋白在細胞膜上表達，比較2種熒光量獲得神經(jīng)細胞的微妙活動變化?；钣眠z傳學與光發(fā)光現(xiàn)象，開發(fā)出能夠讀取細胞活動的光遺傳學實用工具。通過這個傳感器觀察圖像，度可以達到能夠知道哪根胡須被觸動。將此次研究成果運用到神經(jīng)疾病中，將有望弄清是哪條神經(jīng)回路發(fā)生了變化。
光遺傳學是由斯坦福大學的研究人員開始用于研究小鼠大腦的，他們將這項技術稱之為Optogenetics（optical stimulation plus genetic engineering 光刺激基因工程/光遺傳學），這個技術的關鍵是：科學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?，還能通過自生特性感染類似的細胞。
2009年，研究人員就利用這種光控技術選擇并打開了某種生物的一類細胞。這也幫助科學家解答一個長期存在的難題，即關于脊髓中某類神經(jīng)元的特殊功能的研究。他們在清醒的斑馬魚幼蟲的這些細胞中靶向插入光敏開關，結果發(fā)現(xiàn)這些細胞產(chǎn)生了突發(fā)的游泳行為—幼蟲典型的周期性擺尾。
使用這些光遺傳學（optogenetic）工具，能夠激活清醒哺乳動物的單一神經(jīng)元，并直接演示神經(jīng)元激活表現(xiàn)出的行為結果。該光遺傳學方法使得研究人員能夠獲得關于脊髓回路的一些重要信息。
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