生物谷報道：思想、感情和行為都來自于復(fù)雜回路中多種腦細(xì)胞產(chǎn)生的電信號,。研究人員在這種基本水平上嘗試解釋思維,，但缺乏研究抑郁癥、帕金森氏癥等疾病病因的工具,。最近,，斯坦福大學(xué)等單位的研究人員發(fā)明出一種利用光對腦細(xì)胞活性進(jìn)行直接控制的新技術(shù)，為研究神經(jīng)回路和治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了一臂之力。詳細(xì)內(nèi)容刊登于4月5日《Nature》,。

    神經(jīng)紅綠燈

    為了對神經(jīng)元進(jìn)行選擇性控制,，研究人員利用病毒將編碼光敏蛋白的基因插入目的細(xì)胞。Karl Deisseroth等在2005年《Nature Neuroscience》一篇文章中報道：將來源于海藻的基因ChR2插入神經(jīng)元后,，神經(jīng)元在藍(lán)光照射下活性上升,。本周《Nature》文章報道：來自于古細(xì)菌（archaebacterium）的另一種NpHR能夠使神經(jīng)元在黃光照射下活性下降。將這兩種基因結(jié)合起來,，使神經(jīng)元如同汽車遵從交通信號燈一樣遵從光波：藍(lán)色代表“通行”（發(fā)射信號）,，黃色代表“停止”（不發(fā)射信號）。

    文章報道,，這種技術(shù)能夠在活體生物中產(chǎn)生直接的觀察效果,。斯坦福小組的德國同事他們將NpHR插入線蟲的運(yùn)動神經(jīng)元后，線蟲在顯微鏡聚焦的黃光照射下停止游泳,。某些實驗中,，遺傳改變的線蟲暴露于藍(lán)光后，會在非前進(jìn)方向上搖擺,，光關(guān)閉后恢復(fù)正常行為,。

    與此同時，斯坦福大學(xué)研究人員在小鼠活腦組織提取物中進(jìn)行實驗,，利用這種技術(shù)使神經(jīng)元在毫米級時間內(nèi)發(fā)射信號或停止發(fā)射信號（與自然條件下相同）,。其它實驗顯示，這些光對細(xì)胞沒有副作用,，關(guān)閉后細(xì)胞恢復(fù)正常功能,。

    潛在應(yīng)用價值
    光神經(jīng)元控制的最直接應(yīng)用是，在神經(jīng)回路中尋找細(xì)胞異常的原因,。腦深部電刺激能夠幫助帕金森氏癥患者,，但確切機(jī)理不明。通過選擇性刺激或破壞不同腦神經(jīng),，新技術(shù)能夠確定對深部腦刺激有反應(yīng)的神經(jīng)元,。這有助于發(fā)展副作用小的電治療法。

    另一潛力是模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通信的實驗,。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)生的信號模式——有時開啟有時關(guān)閉,，如同二進(jìn)制計算機(jī)的“0”和“1”，模式中的藍(lán)光和黃光迫使神經(jīng)元釋放信號,。利用這種技術(shù),，研究人員有望對研究相對透徹的神經(jīng)元的行為進(jìn)行檢測和精細(xì)調(diào)節(jié)，通過人為刺激神經(jīng)元發(fā)射運(yùn)動指令等信號使癱瘓人士恢復(fù)運(yùn)動能力,。