光遺傳技術(shù)介紹：

    光遺傳學(xué)（Optogenetics），也稱光刺激基因工程（optical stimulation plus genetic engineering）。光遺傳系統(tǒng)是一種通過(guò)使用光學(xué)技術(shù)和遺傳技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制細(xì)胞行為的方法。光遺傳學(xué)技術(shù)克服了傳統(tǒng)的只用光學(xué)手段控制細(xì)胞或有機(jī)體活動(dòng)的許多缺點(diǎn)，為神經(jīng)科學(xué)提供了一種變革性的研究手段。

    該技術(shù)方法源于2010年Nature Methods雜志上的一篇文章。即通過(guò)特定波長(zhǎng)的光刺激來(lái)控制表達(dá)了光敏感蛋白細(xì)胞的發(fā)放或抑制。目前，光遺傳學(xué)最流行的研究方法是由激光器或LED光源發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，通過(guò)光纖傳輸?shù)綄?shí)驗(yàn)動(dòng)物的大腦，通常為小鼠或大鼠。該技術(shù)作為一個(gè)工具使動(dòng)物神經(jīng)元產(chǎn)生神經(jīng)興奮，觀察和采集動(dòng)物神經(jīng)元放電、行為變化和生理變化等。而且據(jù)報(bào)道該光敏感蛋白的基因的表達(dá)不僅限于神經(jīng)元，還可以在動(dòng)物的其它類型的細(xì)胞中表達(dá)，如心肌細(xì)胞及其它可以產(chǎn)生跨膜電位的細(xì)胞。

光遺傳實(shí)驗(yàn)流程：

（1）將光敏感蛋白基因在目標(biāo)細(xì)胞內(nèi)表達(dá)：目前已經(jīng)有公司銷售帶有光敏感蛋白基因的載體病毒。通過(guò)直接注射等方式將病毒轉(zhuǎn)染進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。病毒攜帶的啟動(dòng)子等工具基因會(huì)將光敏感蛋白表達(dá)在細(xì)胞膜上。

（2）植入光纖導(dǎo)管或光遺傳電極：向注射病毒的位置植入光纖導(dǎo)管、光遺傳電極、帶有給藥管的光纖導(dǎo)管等。通過(guò)光纖導(dǎo)管輸入特定光刺激，以啟動(dòng)或抑制光敏感細(xì)胞。

（3）收集光刺激的結(jié)果：光刺激之后的細(xì)胞、組織或生物體會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化。例如最直觀的結(jié)果就是通過(guò)光遺傳電極記錄神經(jīng)元的Spike放電和LFP局部場(chǎng)電位，還有動(dòng)物體的行為變化、生理變化等。

光遺傳系統(tǒng)（光刺激）基本構(gòu)成：

（1）各種波長(zhǎng)的光源（近紫外385nm、近紫外405nm、藍(lán)色455nm、藍(lán)色465nm、青色505nm、綠色515nm、琥珀色595nm、橙色625nm、紅色635nm、紅外850nm、紅外940nm、白色5500K等波長(zhǎng)；激光光源或LED光源，輸出穩(wěn)定、精確控制光波長(zhǎng)）

（2）單光或多光光源驅(qū)動(dòng)控制器（調(diào)節(jié)發(fā)光強(qiáng)度和時(shí)間）

（3）旋轉(zhuǎn)接頭（光電換向器／給藥換向器／單光換向器／多光換向器）

（4）各種光纖跳線、光纖套管和光纖頭

（5）光能量測(cè)量器

（6）多通道神經(jīng)信號(hào)記錄系統(tǒng)

（7）多通道光刺激電極

光遺傳技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域：

• 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究
• 生理病理學(xué)
• 神經(jīng)藥理
• 生物醫(yī)學(xué)工程
• 認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)