文章的通訊作者是腦科學(xué)綜合研究中心神經(jīng)回路動(dòng)力學(xué)研究組的Thomas Knöpfel組長(zhǎng)，這位科學(xué)家在大腦活動(dòng)研究方面取得了多項(xiàng)成果，曾就小腦內(nèi)皮層的高頻網(wǎng)絡(luò)振蕩等方面發(fā)表多篇文章。
光遺傳學(xué)（optogenetic）技術(shù)是指將光學(xué)技術(shù)與遺傳學(xué)技術(shù)相結(jié)合，在動(dòng)物體內(nèi)針對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)開展研究的技術(shù)，比如說(shuō)可以結(jié)合遺傳工程與光來(lái)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。
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(gè)光遺傳學(xué)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(cè)出神經(jīng)細(xì)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(guò)刺激一根胡須后實(shí)時(shí)記錄了產(chǎn)生的神經(jīng)活動(dòng)情況。
構(gòu)成生物體的細(xì)胞發(fā)揮著各種特性，生命現(xiàn)象也由此而生。實(shí)時(shí)了解細(xì)胞間的活動(dòng)、各種細(xì)胞的活動(dòng)狀況成為研究人員揭開復(fù)雜生命謎團(tuán)，開發(fā)疾病治療方法的重要途徑。在保護(hù)頭蓋骨的同時(shí)，對(duì)處理大腦龐大信息的大量神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)性成像是非常困難的。
在分子成像研究不斷發(fā)展的同時(shí)，人們希望能夠開發(fā)出把神經(jīng)細(xì)胞間的會(huì)話制作成錄像的工具。
這項(xiàng)研究開發(fā)電位敏感熒光蛋白，通過(guò)導(dǎo)入基因?qū)⒋竽X神經(jīng)活動(dòng)圖像化，是在讀取神經(jīng)活動(dòng)的大腦上實(shí)現(xiàn)光遺傳學(xué)技術(shù)應(yīng)用。研究人員將遺傳性導(dǎo)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(xì)胞膜上表達(dá)，比較2種熒光量獲得神經(jīng)細(xì)胞的微妙活動(dòng)變化?；钣眠z傳學(xué)與光發(fā)光現(xiàn)象，開發(fā)出能夠讀取細(xì)胞活動(dòng)的光遺傳學(xué)實(shí)用工具。通過(guò)這個(gè)傳感器觀察圖像，度可以達(dá)到能夠知道哪根胡須被觸動(dòng)。將此次研究成果運(yùn)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(xué)是由斯坦福大學(xué)的研究人員開始用于研究小鼠大腦的，他們將這項(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(guò)自生特性感染類似的細(xì)胞。
2009年，研究人員就利用這種光控技術(shù)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(zhǎng)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。他們?cè)谇逍训陌唏R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。
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。
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