迄今為止，科學(xué)家們對于“大腦中各個回路是如何在高度分支的網(wǎng)絡(luò)中運轉(zhuǎn)的”，一直都不甚了解。定位這些網(wǎng)絡(luò)是一個復(fù)雜的過程，需要的測量方法。現(xiàn)在，研究人員使用光遺傳學(xué)方法，從功能上證明了猴子視覺系統(tǒng)中一個迄今知之甚少的神經(jīng)連接。為此，研究人員對單個神經(jīng)元進(jìn)行了轉(zhuǎn)基因改造，使它們對光刺激變得敏感。

幾十年來，微刺激是激活神經(jīng)元的方法，該方法被證明是可靠和準(zhǔn)確的。這就是為什么它在醫(yī)學(xué)上也被用于深部腦刺激的原因。該研究小組的科學(xué)家現(xiàn)在表明，光遺傳學(xué)——一種還處于起步階段的生物技術(shù)，可提供類似的結(jié)果。

有了光遺傳學(xué)，我們就可以直接用光來影響神經(jīng)元的活動。為此，研究人員借助于病毒對單個神經(jīng)元進(jìn)行了遺傳改造，以在它們的細(xì)胞膜中表達(dá)光敏的離子通道。通過藍(lán)色光脈沖直接傳遞到大腦，修改后的神經(jīng)元可以被系統(tǒng)地激活。

使用這種方法，研究人員研究了獼猴的視覺系統(tǒng)。這種非人類的靈長類動物的大腦，非常類似于人類的大腦。其大腦皮層以同樣的方式組織，因此對我們的大腦研究至關(guān)重要。此外，該靈長類動物也是*有所謂的konio細(xì)胞和高度復(fù)雜視覺處理系統(tǒng)的動物。

到達(dá)眼睛的信號是通過外側(cè)膝狀體核(LGN)轉(zhuǎn)發(fā)到視覺皮質(zhì)的。在人類和猴子中，LGN包含六層，并含有magno、parvo-和konio細(xì)胞。Magno細(xì)胞處理包含對比和運動信息的信號，而parvo細(xì)胞對于感知顏色非常重要。很少有人了解konio細(xì)胞的功能，由于它們在膝狀核內(nèi)的位置，使它們難以研究。借助于光遺傳學(xué)刺激，研究人員現(xiàn)在可以證明，konio細(xì)胞與初級視覺皮層有關(guān)聯(lián)。 

我們選擇研究視覺系統(tǒng)中的這個回路，是因為它代表了一種定義的、高度結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)，因為細(xì)胞類型之間有著清晰的分離。”除了對視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)提供見解之外，該研究還提供了方法論見解，可能與深部腦刺激的光遺傳學(xué)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用有關(guān)聯(lián)。

光遺傳學(xué)的優(yōu)點——關(guān)閉單個神經(jīng)元

神經(jīng)元功能的光遺傳學(xué)調(diào)控，至少在理論上比微刺激更具有細(xì)胞特異性，也有一個好處，那就是可以被激活或滅活。如果一個細(xì)胞群被從一個回路去除，它所發(fā)揮的作用就可以被識別。因此，不是一個激活蛋白，而是一個抑制蛋白質(zhì)被運輸?shù)缴窠?jīng)元。如果它被光脈沖刺激，它就能抑制細(xì)胞的活性。

通過光遺傳學(xué)，單個細(xì)胞之間的合作也可以被更地研究。這種方法對我們來說是非常有趣的。如果它被進(jìn)一步細(xì)化,我們就可能影像和定位大腦中更復(fù)雜的回路和其他各個組件。

光遺傳學(xué)這個新興的研究領(lǐng)域，正快速發(fā)展。今年2月份，英國牛津大學(xué)的一組研究人員，在哺乳動物中引起了聯(lián)想記憶的外部解碼。

zui近，生物學(xué)家利用一種蛙模型證明，他們能夠用光來控制細(xì)胞間的電子信號，從而防止腫瘤的形成和并使腫瘤正常化。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年3月16日的《Oncotarget》雜志。光遺傳學(xué)用于控制腫瘤發(fā)生

處于阿爾茨海默氏癥早期的小鼠能夠像正常小鼠那樣形成新記憶，但在數(shù)天后便無法記起它們。此外，研究人員能夠利用光遺傳學(xué)（optogenetics）人為地刺激這些記憶，表明只需一點幫助仍然可以找回這些記憶。