Neuron：光基因技术首次用于哺乳动物

负责该项研究的是麻省理工学院的神经学家艾德·鲍登（Ed  Boyden）及他的一个博士后。鲍登表示，这一激动人心的成果适用于多种精神疾病的治疗，如注意力缺陷多动障碍、精神分裂症、抑郁症和强迫症等。

通过光基因技术（optogenetic  technique），科学家成功地将激光器与基因工程结合在一起，以确定可疑的细胞和回路并控制特定神经元的放电活动，其时间精度可达毫秒。光基因技术的特异性有助于避免健康细胞的损伤，从而将副作用减少到最小。在实验中，科学家对病毒进行了基因改造，使之专门攻击某种神经元，后者拥有一种对蓝光高度敏感的特殊通道。只需用蓝光照射被感染的细胞，通道便会迅速打开，此时离子涌入细胞，神经元则会进行放电活动。

该技术的关键之处即在于其特异性，病毒的活动范围仅限于大脑中极小的一块区域，也只有特定的神经元才会在受感染之后打开通道，而激光束则会继续精确锁定可疑的区域。这与当前作用范围较广的药物和电极技术正好相反。

在未来，可以发射光束的人工神经元将代替用于深部脑刺激的电极，后者会激活或抑制大范围内神经元的活动，它是治疗帕金森病、羊癫疯和抑郁症的重要手段。然而由于作用范围过广，深部脑刺激的副作用和其疗效同样显著。特异性较高的人工神经元可以弥补这一不足。据鲍登介绍，精神病的最终疗效取决于副作用的大小。通过锁定特定种类的细胞，研究者可以强化神经系统的自我调节功能或是发明无损于人体健康的新疗法。

根据鲍登日前发表在《神经》（Neuron）杂志上的报告，该技术不仅适用于哺乳动物，而且安全性较高。在长达八个多月的实验中，尽管接受了多轮注射和激光刺激，恒河猴的神经系统依然无恙，病毒也未引发大脑免疫系统的排异反应。

鲍登指出，精神紊乱往往和特定细胞种类的改变有关。如何攻击特定的种类而不殃及正常细胞是研究人员当前面临的难题之一。激光疗法不仅能够控制特定细胞的开合，还可精确定时，从而为新疗法的开发创造了条件。

早在2005年，鲍登和斯坦福大学的卡尔·戴瑟罗斯（Karl  Deisseroth）便开始利用光基因技术来研究神经元回路对于不同行为的影响，如鱼类的逃生。然而迄今为止，科学家们都未能验证该技术在哺乳动物身上的效果。鲍登的最新成果为光基因疗法在人类精神病领域的应用奠定了基础。

不仅如此，光基因疗法还可揭示出神经回路与特定行为——尤其是高级的认知功能——之间的关系。一般而言，鼠类的机体是理想的模型，然而其行为不够复杂，有关神经回路的研究也受到诸多限制。对于注意力缺陷多动障碍、精神分裂症、抑郁症和强迫症等的深入研究需要进行以哺乳动物为对象的高级实验。因此，尽管引发了一定的伦理争议，光基因技术依然被神经学家视为近年来最激动人心的重大突破之一。（生物谷Bioon.com）

生物谷推荐原始出处：

Neuron, Volume 62, Issue 2, 191-198, 30 April 2009 doi:10.1016/j.neuron.2009.03.011

Millisecond-Timescale Optical Control of Neural Dynamics in the Nonhuman Primate Brain

Xue Han1,,,Xiaofeng Qian1,Jacob G. Bernstein1,Hui-hui Zhou2,Giovanni Talei Franzesi1,Patrick Stern3,Roderick T. Bronson3,Ann M. Graybiel2,Robert Desimone2andEdward S. Boyden1,2,4,,

1 Media Lab, Synthetic Neurobiology Group, Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA 02139, USA
2 McGovern Institute, Department of Brain and Cognitive Sciences, Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA 02139, USA
3 Koch Center for Cancer Research, Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA 02139, USA
4 Department of Biological Engineering, Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA 02139, USA

To understand how brain states and behaviors are generated by neural circuits, it would be useful to be able to perturb precisely the activity of specific cell types and pathways in the nonhuman primate nervous system. We used lentivirus to target the light-activated cation channel channelrhodopsin-2 (ChR2) specifically to excitatory neurons of the macaque frontal cortex. Using a laser-coupled optical fiber in conjunction with a recording microelectrode, we showed that activation of excitatory neurons resulted in well-timed excitatory and suppressive influences on neocortical neural networks. ChR2 was safely expressed, and could mediate optical neuromodulation, in primate neocortex over many months. These findings highlight a methodology for investigating the causal role of specific cell types in nonhuman primate neural computation, cognition, and behavior, and open up the possibility of a new generation of ultraprecise neurological and psychiatric therapeutics via cell-type-specific optical neural control prosthetics.