@ 2014.01.23 , 13:15
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关于光遗传学(Optogenetics)的研究

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几十年来光学一直是物理学家的地盘,是面如菜色的学霸们在乌漆麻黑的地下实验室里用来调教激光器、反射镜、透镜和晶体的一门学科。但大约十年前,大脑研究者开始盯上了这一领域。结果发现,光学可以补充、一定条件下甚至可以取代作为主要测量工具的电极在神经科学上的传统应用。

传统神经学研究习惯将金属电极以手术植入实验动物(通常不是兔子就是老鼠)脑部特定部位特定类型的脑细胞中,再从外部施以一系列刺激,与电极尖端连接的神经元的脑电活动将会显示在电脑上。仔细分析和处理这些原始电信号,根据汇集成的不同图案,把每种图案归类到特定的脑细胞群。最后再将这些图案分别与学习、记忆、感知处理以及其他大脑机能相关联。这样的电极研究依靠的是被动观察。

然而,光学结合遗传学,也就是如今的光遗传学,却能使研究者以极端的精准度直接控制而不仅仅是观察大脑的机能。这是神经科学史上的一次重大突破,已收获了累累硕果。

光遗传学研究方法之一是将由病毒载体携带的编码光敏性离子通道蛋白的基因导入动物大脑特定的相关神经元,制造光控开关,由手术植入的光纤头所产生的闪光能开启离子通道,活化神经元。

所以,脑细胞完全就像电灯一样能被打开和关掉。这项强劲技术的可能性几乎可以说是无限制的。举例包括:通过活化视网膜损伤患者大脑中视觉回路的剩余细胞来修复视力; 打开或关闭饿感通路来控制饥饿冲动;训练大脑抑制强迫症行为等。然而,目前光遗传学研究还未应用到人类身上。

关于这一次神经学变革,生物学家应该好好感谢研究光学的物理学家。过去50年来,激光器经历了可与计算机媲美的科技进步,较之以往,变得更简易,更牢靠,更经济实惠。利用光纤探入如头盖骨之类微小空间的技术也变得更加成熟。非专业人士如今也能装配和操作商用光学器械。虽然这对待业的物理学家来说可能并不是什么好消息,但这样的实践发展确确实实就是物理学该为人类社会所做的贡献。

本文译自 RealClearScience,由译者 Poo 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 24+1

  1. 2308464

    没看完就回复

    [5] XX [11] 回复 [0]
  2. 今天疯
    @4 years ago
    2308468

    我就是干这个的……
    直白的说,某一天把光控开关病毒注射到你的脑子里,那么早上的闹钟就不需要铃声了,只要控制灯光:灯一亮,你唰一下就会从被窝里窜出来,根本不带犹豫的!

    [84] XX [1] 回复 [0]
  3. 亚克西
    @4 years ago
    2308476

    生物武器的新篇章

  4. yaguza
    @4 years ago
    2308495

    我2010年和老板参加HHMI的学术会议时就听到相关报道了。在某些透明的生物里(比如线虫),都无需手术,外源的蓝光可以直接激活表达光敏钙离子通道的神经细胞以调控生物的生理行为。技术确实很强大,而且极度便利。

    [36] XX [1] 回复 [0]
  5. HelloBeauty
    @4 years ago
    2308510

    “训练大脑抑制强迫症行为”——强迫症们有救了!

  6. loiterliu
    @4 years ago
    2308514

    可以说光遗传学有划时代的意义

  7. 2308519

    但大约十年后,生物研究者从鸡头开始入侵这一领域

  8. 2308535

    @今天疯:
    只能保证醒来吧……

  9. littleha
    @4 years ago
    2308537

    想当年跟大家用光控启动子做了个表达系统…同学还亲手做了个迷你暗示和红蓝光源…年轻真好

  10. brontobyte
    @4 years ago
    2308568

    这老鼠耳朵真大

  11. 侯至方验
    @4 years ago
    2308586

    我目前能想到的,唯一实用用途是撬开间谍的嘴巴。

  12. 哈佛教授
    @4 years ago
    2308600

    @今天疯: 然后搬家到南极睡半年,再搬到北极接着睡半年。

  13. 且听六月风吹雨
    @4 years ago
    2308606

    每个字都看得懂系列

  14. SCV就绪
    @4 years ago
    2308629

    能戒撸不?

  15. exileyb
    @4 years ago
    2308680

    啊。电生理。

  16. 永远的噩梦
    @4 years ago
    2308682

    “通过活化视网膜损伤患者大脑中视觉回路的剩余细胞来修复视力; 打开或关闭饿感通路来控制饥饿冲动;训练大脑抑制强迫症行为等”

    然后未来的生化人可以因此没有恐惧 不会感到饥饿 受伤了可以快速恢复

  17. 渊亦幻
    @4 years ago
    2308772

    人变得可以被遥控。。。。

  18. 2308780

    @yaguza: TED里面有看过,通过光来控制小鼠的记忆,里面有演讲的人里面有华人

  19. 3ilent
    @4 years ago
    2308789

    怎么都是做生物的

  20. 2308797

    以后饿了晒太阳就可以了啊

  21. 阿布
    @4 years ago
    2308802

    我妈就一直在用着。。。。。买了用了快3年了~~~ 真的 -_-
    两千4买了一个800纳米波长的 颅底鼻腔激光治疗仪 用来刺激神经元 缓解脑淤血后遗症

    我知道这个技术本身是存在的 但我严重质疑我家那个激光治疗仪 能否达到相关技术高度
    以及 恒定流明的小功率激光二极管 能否得到显著的良性刺激~

    但我妈觉得有效 我也一直不好说破 至少我知道这样可以获得很大的安慰剂效应 促发自体修复功能

  22. schilloss
    @4 years ago
    2309109

    @阿布: 完全不是同一种概念吧。光控开关是人为制造的,因为正常的脑细胞是不具备光敏性的,所以第一步需要病毒导入。。。所谓的激光治疗仪,只是普通的理疗而已吧

  23. 阿布
    @4 years ago
    2310471

    @schilloss:
    恩是啊 我也觉得是两码事
    这种理疗忽悠人的成分更多些
    但既然我妈觉得有效和相信有效
    那我就不准备说破了 安慰剂效应可不止是心理范畴

  24. 3120966

    丧尸怕光的梗原来在这里

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