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 Poo 编辑发布。