迄今為止，科學家們對于“大腦中各個回路是如何在高度分支的網絡中運轉的”，一直都不甚了解。定位這些網絡是一個復雜的過程，需要精確的測量方法。現(xiàn)在，德國馬克斯普朗克生物控制論研究所的科學家，與Ernst Strüngmann研究所和英國紐卡斯爾大學的研究人員一起，使用光遺傳學方法，首次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連接。為此，研究人員對單個神經元進行了轉基因改造，使它們對光刺激變得敏感。相關研究結果發(fā)表在最近的《Neuron》雜志。

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

有了光遺傳學，我們就可以直接用光來影響神經元的活動。為此，研究人員借助于病毒對單個神經元進行了遺傳改造，以在它們的細胞膜中表達光敏的離子通道。通過藍色光脈沖直接傳遞到大腦，修改后的神經元可以被系統(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)。馬克斯普朗克生物控制論研究所認知過程生理學系主任Nikos Logothetis解釋說：“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重要。”此外，該靈長類動物也是唯一有所謂的konio細胞和高度復雜視覺處理系統(tǒng)的動物。

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

馬克斯普朗克生物控制論研究所的Carsten Klein解釋說：“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、高度結構化的系統(tǒng)，因為細胞類型之間有著清晰的分離。”除了對視覺系統(tǒng)的結構提供見解之外，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的醫(yī)學應用有關聯(lián)。

光遺傳學的優(yōu)點——關閉單個神經元

神經元功能的光遺傳學調控，至少在理論上比微刺激更具有細胞特異性，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被運輸?shù)缴窠浽?。如果它被光脈沖刺激，它就能抑制細胞的活性。

通過光遺傳學，單個細胞之間的合作也可以被更精確地研究。來自紐卡斯爾大學的Michael Schmid承認光遺傳學的潛力：“這種方法對我們來說是非常有趣的。如果它被進一步細化,我們就可能影像和定位大腦中更復雜的回路和其他各個組件。”

光遺傳學這個新興的研究領域，正快速發(fā)展。今年2月份，英國牛津大學的一組研究人員，首次在哺乳動物中引起了聯(lián)想記憶的外部解碼。研究人員在《Nature Neuroscience》雜志上發(fā)表的研究中，描述了他們是如何在測試小鼠中引起聯(lián)想記憶形成，以及他們用來記錄它的技術，使記憶被刪除。

最近，美國塔夫斯大學的生物學家，利用一種蛙模型首次證明，他們能夠用光來控制細胞間的電子信號，從而防止腫瘤的形成和并使腫瘤正?；Ｏ嚓P研究結果發(fā)表在2016年3月16日的《Oncotarget》雜志。

MIT的神經科學家在3月16日的《自然》（Nature）雜志上報告稱，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（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。