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        光遺傳系統的發展歷程介紹

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          光遺傳系統是一項整合了光學、軟件控制、基因操作技術、電生理等多學科交叉的技術。
         
          光遺傳系統的歷程:
         
          1. 綠色熒光蛋白的發展:1962年,下村脩從水母中發現了綠色熒光蛋白(GFP),正式開啟了生物發光研究的大門,從此以后,科學家通過改造和篩選,獲得了更強,熒光種類更豐富的熒光蛋白來作為生物體的標記,用熒光的辦法使生物體內發生的變化可視化。2008年,綠色熒光蛋白獲得了諾貝爾化學獎。
         
          2007年,Joshua R. Sanes 和Jeff W. Lichtman主持的一項研究將紅黃藍三種顏色的熒光色素嵌入小鼠基因組,成功地為小鼠的不同細胞涂上不同顏色。三種顏色相互組合,較終展現在顯微鏡下的老鼠腦干組織切片上有近百種顏色標記,如同一道絢爛的彩虹。
         
          腦虹讓我們清楚地看到了大腦內不同細胞交織在一起的絕妙畫面,也帶來了更深一層的問題——這些細胞之間,是怎么互相作用的呢?在經典的生物學實驗中,控制神經細胞需要一些比較粗暴的手段,電刺激、切腦區、或者是加一些化學物質。費時費力不說,達到的實驗效果也并不盡如人意。長久以來,神經學家們一直夢想著,能夠以精確的時空精度控制神經元活動。這個夢想被光遺傳學實現了。光遺傳學的靈感實際上來自我們的視覺。人眼中有重重的感光細胞,外界的光線進入我們的眼睛,在視網膜后轉變為化學信號和電信號,通過神經元的傳輸進入大腦。那我們是不是也可以通過光來給神經元下命令,操控它們的活動呢?
         
          2. 2005年——光遺傳學不被認可的開始:,斯坦福大學的Edward S Boyden和Karl Deisseroth教授(文末視頻主講者)通過使用慢病毒載體將一種萊茵衣藻的蛋白質ChR2 (Channelrhodopsin-2) 轉染到神經元中,實現動作電位與突觸傳導的興奮/抑制性控制。然而這樣一項開拓性的工作卻接連被Nature和Science雜志拒稿,較終即使被Nature Neuroscience接收, 其工作的實用性也遭到了質疑。
         
          3. 2005至今——光遺傳學的發展和完善:盡管光遺傳學一出現就遭遇了坎坷,但隨著與光學的緊密結合,這種以微生物產生的視蛋白為基礎的光遺傳學操控被廣泛應用。對神經環路的研究物種發展到了線蟲、果蠅、斑馬魚、嚙齒動物等。光遺傳學的出現使科學家對神經環路的研究更加可控,特別是當隨機檢測一個神經元對于神經環路的意義時,光遺傳學已經逐漸成為無脊椎動物研究行為基礎的神經環路的標尺。即使目前無法*理解任何感覺、行為和認知的過程,但科研工作者們已經嘗試應用光遺傳學來繪制信息流形成的大腦圖譜,例如結合fMRI(functional magnetic resonance imaging, 功能性磁共振成像)或者PET(postron emission tomography,正電子輻射斷層成像)的前沿技術對特定神經細胞產生的活動模式進行全腦范圍的成像。隨著光遺傳學方法和技術的不斷發展與完善,光遺傳學被科學界廣泛認可,2010年被Nature Methods選為年度方法,同年被Science認為是近十年來的突破之一。
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