2016十大新兴技术——光遗传学照亮神经科学新疗法
作者：未知 来源：未知 2016-09-11 03:41
作者：未知 来源：未知 2016-09-11 03:41
时间: 2016年07月28日 | 作者: Nayef Al-Rodhan | 来源: 环球科学
在新型无线微芯片的帮助下，光遗传技术能够为帕金森病以及抑郁症等疾病提供新的治疗途径。
即使是小鼠那样相对简单的大脑，也具有令人生畏的复杂性。神经科学家和心理学家能够观察大脑对多种刺激做出的反应，甚至能够为基因在脑中的表达方式绘制地图。
但是，如果没有方法来控制单个神经元以及其他种类脑细胞的启动和关闭的话，研究人员就很难解释大脑的工作过程，至少无法完整而精细地理解类似于帕金森病以及抑郁症一类的疾病，也就无法找到治疗的方法了。
科学家曾试图使用电极来记录神经元的活动，但是这种方法是有局限的。它是一种非常粗略、不精准的方法，因为电极会刺激临近的每个神经元，而且无法区分不同的脑细胞。
2005年，神经科学取得了重大突破。神经遗传学家找到了一种方法，用基因工程制造对特定颜色的光产生反应的神经元。这种技术被称为光遗传学（optogenetics），它建立在70年代色素蛋白质研究的基础之上。这类蛋白被称为视紫质，是由视蛋白基因家族编码的。
这些蛋白质就像能被光驱动的离子泵一样工作。没有眼点的微生物也用视紫质来从入射光中提取能量和信息。
通过将一个或多个视蛋白基因插入小鼠特定神经元的方式，生物学家能够用可见光任意激活或者关闭这些神经元。多年来，科学家不断对这些蛋白质进行修改，打造出了能对不同色光（从深红到绿色、黄色、蓝色）作出反应的不同版本。
他们将不同的基因插入不同的细胞，然后用不同的色光脉冲以精准的时序依次激活某个神经元以及相邻的神经元。
这个技术进步至关重要，因为在活体大脑中，时机决定了一切。同一个信号，在某一时刻发出和在几毫秒后发出，起到效果可能完全相反。
光遗传学的发明极大地促进了脑科学进展。但是，实验研究人员还是面临如何将光照射到大脑深处组织的困难。
而现在出现了一种极薄的柔性微芯片，大小与神经元相差无几。研究者正在测试这种能够被注射入体内，通过无线的方式控制神经元的设备。它们能够被植入大脑深处，而对临近组织造成的损伤微乎其微。
光遗传学已经为脑功能障碍（包括帕金森病的震颤、慢性疼痛、视觉损伤和抑郁症）的研究开启了新的大门。脑神经化学对于某些脑疾病来说无疑非常重要。这也是为什么一些药物能够改善症状的原因，不过这些药物的作用是有极限的。
但是，当大脑的高速电回路被干扰时，得到新型无线微芯片技术帮助的光遗传学研究能够为上述脑疾病提供新的治疗途径。
比如最近的研究发现，某些关闭了特定的神经元的非侵入性光疗法能够治疗慢性疼痛。这为阿片类药物提供了一种令人欣喜的替代疗法。
在全世界范围内，每四个人就有一个饱受精神疾病的困扰，而精神疾病是导致劳动力丧失的主要原因。先进光遗传学对大脑的揭秘让人翘首以盼。
撰文 Nayef Al-Rodhan
翻译 徐寒易
原文链接：
http://www.scientificamerican.com/article/optogenetics-lights-up-therapeutic-neuroscience/