科技名词

光控遗传修饰技术

optogenetics

又称：光遗传学技术

定义：将光学技术与遗传学技术结合在一起，用于控制活体（包括自由运动的动物）内单个神经元活性的一种神经修饰技术。用于行为神经科学研究，可以精确和实时测量神经元的反应，从而以极高的空间和时间分辨率在毫秒时间尺度上观察单个神经元的活动。其核心是一些光敏感的蛋白质，如通道视紫红质、嗜盐菌视紫红质和古细菌视紫红质，它们被用作光激活剂在选定的时间和空间借助钙离子、氯离子或膜电位使神经元兴奋或抑制，实现对特定神经元活动的精确控制。

学科：生物物理学_光生物物理学_光与物质的相互作用

相关名词：非线性光学技术 神经元 蛋白质

来源：全国科学技术名词审定委员会

【延伸阅读】

只要用光照射动物的大脑，就能够操控目标神经元的状态。这并非是科幻小说的情节，而是已经被应用于神经与医药研究的现实技术。这一技术被称为光控遗传修饰技术，意思是将能够改变动物基因的“遗传修饰”（转基因）与控制神经反应的“光”组合而来的技术。

过去对神经系统的研究中，最大的困难就是无法直接操控神经元，而只能依赖观测。但仅凭观测，很难确定神经元与特定行为的因果关系。科学家已经知道，神经元兴奋的基础在于钠离子通道打开，使得钠离子流入细胞内。所以，想要操控神经元的“开”与“关”，就需要找到人工移动钠离子的方法。

在2005年，科学家利用遗传修饰，将衣藻编码光敏感通道的基因转入小鼠体内，使小鼠的神经元表面表达出这种特定的通道蛋白。接着，使用蓝光照射特定的神经元，就能激活光敏感通道，让钠离子流入细胞，促使神经元兴奋。这样一来，科学家就能非常准确地研究特定神经元的功能。接下来，科学家们又发现了更多类似的光敏蛋白，通过不同的光激活不同的蛋白，就能让神经元在“开”与“关”之间自由切换。

光控遗传修饰技术面世以后，科学家对脑和神经的功能研究有了飞跃性的进步。不过，由于需要改变实验对象的遗传物质，光控遗传修饰技术还不能直接应用于研究人类。但通过研究小鼠等实验动物的精神疾病机制，也可以开发适用于人的疗法与药物。不仅仅是基础研究，光控遗传修饰技术也已成为医药领域的重要工具。