什么是光遗传学

简而言之，“研究用光而不是电来控制大脑中神经元的功能”。

更具体地说，光遗传学：Optogenetics是通过遗传方法在特定细胞中表达光活化蛋白分子并用光操纵其功能的技术的总称。之所以它被称为光遗传学，是因为它结合了光和遗传学。随着光遗传学的发展，首次以高时间精度准确操纵特定神经的活动成为可能，将神经活动和行为表达直接联系起来成为可能。
2000年以前，电刺激激活神经活动主要是作为一种操纵神经活动的方法，通过电刺激及其伴随的行为变化来分析电极附近神经的生理作用。然而，电刺激的特异性低，存在非特异性激活电极附近存在的轴突和细胞体的缺点。此外，在使用脑深部电刺激等方法时，究竟是刺激局部神经细胞有效，还是抑制局部神经细胞有效，目前尚不清楚。另一方面，局部给药、拮抗剂等药理方法既能激活神经，也能抑制神经，但时间准确度低（不清楚药物作用何时起效）、细胞特异性、并且突触特异性无法控制。此外，特定基因缺陷动物的行为分析不能排除其他神经对发育影响或功能代偿的可能性。
解决这个问题的方法是2008年获得诺贝尔化学奖的下村修博士发现的绿色荧光蛋白（GFP）。许多研究小组已经处理了 GFP 基因，以创建各种光敏蛋白，可以检测神经递质、电压、钙水平等的变化。通过将这些分子整合到神经元中并将它们用作发光的分子传感器，将跟踪神经网络中的信息处理变为可能。
Hagemann 于 2002 年发现了通道视紫红质，并于 2003 年通过 Na离子发布了通道视紫红质 2 (ChR2)。基于这些结果进行了研究，Deisseroth 等人于 2005 年发表了实际应用论文。发现如果ChR2cDNA像表达GFP一样使用它来表达，特定新细胞的活性可以被光选择性地操纵。
也就是说，利用光遗传学，可以激活或抑制微毫秒量级的神经活动，这在传统的电刺激方法和药理学方法中是很困难的。特定的神经活动则变成可以控制的,这使得可以仅控制“自由移动动物”中的特定神经活动。当哪条神经发光时，动物在做什么样的行为，即神经发光位置与行为之间的关系是明确的。就这样，光遗传学作为神经科学领域的一种新方法产生了巨大的影响，并在2010年被Nature出版集团评选为优秀的研究方法。

      

电刺激：激活周围细胞体和轴突                            光刺激：激活或抑制特定神经