它能在不把光源植入大脑的情况下工作吗？

当Karl Deisseroth第一次用光控制培养皿中的脑细胞时，人们有很多问题，特别是这三个：这项技术能应用于活体动物吗？它能针对不同的细胞类型吗？它能在不把光源植入大脑的情况下工作吗？

在2004年那次开创性的实验之后的几年里，Deisseroth的团队和其他人找到了前两个问题的答案：是的，没问题。近日，他们用另一个肯定的答案回答了第三个问题，成功地推出了一种无植入物的技术 -- 首次证明了光遗传学结合光和基因工程来控制脑细胞，无需手术就能精确地打开和关闭细胞。

“这是16年来研究的一个很好的总结，”斯坦福大学的神经科学家和生物工程师Deisseroth说，“我们花了很多年的时间才弄清楚如何让它工作。”该研究的具体成果发表在近日的Nature Biotechnology杂志上。

光遗传学包括对动物大脑进行基因工程，在神经元膜中表达一种叫做视蛋白的光敏蛋白。视蛋白对光脉冲的反应既可以诱导神经元“点火”，也可以抑制神经元的激发能力。光遗传学已经被用于绘制大脑路径图，识别复杂行为是如何被调节的，在老鼠身上产生错误记忆等等。在其他技术中，它也被用于开发光基因起搏器。

大多数时候，获得大脑内部的光脉冲来控制细胞需要有侵入性的植入物：从栓系的光纤到胡椒粒大小的无线植入物，再到可伸缩的脊柱植入物。

今年4月，Guoping Feng和麻省理工学院的同事与Deisseroth一起演示了一种微创的光遗传学系统，该系统需要在头骨上钻一个小孔，然后利用蓝光控制6毫米深的表达视蛋白的神经元。这种方法使用了一种视蛋白，它以一种循序渐进的方式缓慢激活神经元。

在最近的一项研究中，Deisseroth和他的同事们试图在不进行手术的情况下实现深度和快速的光遗传学。斯坦福大学的研究小组在老鼠的脑细胞中表达了一种叫做ChRmine（发音像深红色的“胭脂红”）的强效视蛋白，该蛋白是去年Deisseroth的研究小组在一种海洋生物中发现的。然后，他们在颅骨外面发出红光，激活中脑和脑干的神经回路，深度可达7毫米。科学家们关掉了毫秒级的精密电路。Deisseroth表示：“这真的很好，比我们预期的要好得多。”

该小组随后测试了该系统的有效性。在一个例子中，他们用光快速而精确地阻止了小鼠的癫痫发作，而在另一个例子中，他们通过激活产生血清素的神经元来促进小鼠的社交行为。

大多数光遗传学技术都是用针头将带有视蛋白基因的病毒直接注射到大脑中。为了避免这种情况，斯坦福大学的研究小组使用了加州理工学院开发的一种可以注射到血液中的PHP病毒。然后病毒穿过血脑屏障，将其有效载荷视蛋白基因传递给脑细胞。在这种情况下，即使是基因的传递也是无创的，没有针头穿透大脑。

Deisseroth的团队现在正在鱼身上测试这种非侵入性技术，并与其他人合作将其应用于非灵长类动物。他们还与西雅图的Allen研究所合作，开发细胞中含有氯胺的老鼠品系。“我们希望这些将是一个广泛可用和适用的研究工具，”Deisseroth说，“我们很高兴能与大家分享这种能力。”

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