给大脑装一个“光”控开关吧

给大脑装一个“光”控开关吧
作者：林竹萧萧
来源：《创新科技》 2012年第12期
文/ 林竹萧萧
光真的可以指引我们想要的未来吗？
神经科学家或许可以。

他们一直梦想着能够随意控制特异神经元的活性。

现在，光让他们
梦想成真了！光遗传学技术实现了特异、快速、直接地改变神经元活性，从而使“光”成了脑
细胞乃至动物行为的开关。

无数的神经科学难题将以崭新的视角被重新阐述。

电影《黑衣人》中，只要闪光笔一闪，目击者便会瞬间失去记忆。

现实可能比电影中更神奇：科学家已经能够用特定波长的可见光来准确无误地控制小鼠的特定行为。

他们给小鼠的脑袋接上光纤，只要蓝光一亮，小鼠立即开始转圈跑，而灯灭的时候小鼠完
全正常。

斯坦福大学的研究人员们更是利用此技术让熟睡中的小鼠在毫无其他外界刺激的条件
下瞬间完全清醒。

除此之外，科学家还能够通过蓝光控制果蝇的逃逸行为，用黄光使扭动的蠕虫安静下来，
用蓝光控制小鼠心肌细胞收缩节律使之与蓝光频闪同步。

那么，光遗传学技术究竟如何实现呢？
早在上个世纪，微生物科学家就已经发现某些藻类中存在“微生物视蛋白”。

这些蛋白就
像光控开关一样，能够被特异波长的光激活或抑制，使细胞膜离子通道活性发生改变，从而细
胞活性亦发生变化。

药物注射、电刺激等等也能改变细胞活性。

但药物注射的作用多是全身性的，但凡存在药
物受体的细胞都会受到药物作用；即使在定位注射等技术手段的辅助之下，注射部位周围细胞
也可能受到药物的影响。

电刺激亦是如此，很难保证仅仅同一类神经元细胞接受电刺激信号。

如果将交错繁杂的神经元比作隐藏着罪犯的拥挤人群，抓贼过程中放电和撒药都将无可避免地“牵连无辜”。

与之相反，光遗传学技术的重要突破之一就在于它真正实现同类细胞被精确地刺激：通过
给特定的细胞装上开关，微生物光敏蛋白能够非常精确地在某一类神经元中表达，即使这些神
经元同其他神经细胞交织如网，亦能够保证在光照下的准确激活或抑制。

光遗传学技术几乎使得特定行为和光刺激同步发生。

它无需等待血液或其他介质将刺激源
运到靶点细胞；亦不存在半衰期等药物代谢特性，一旦光照停止，刺激立即结束。

而相对于激
素等通过受体调控基因转录表达等间接刺激而言，光遗传学技术使得因果之间的联系更为直观。

理论上光遗传学技术可以运用在任何细胞系中，但目前最热门的还是其在神经科学领域的
广泛应用。

它在技术水平上的巨大突破使得我们能够从全新的角度再次思考与探索近乎整个神
经科学领域——所有神经科学的问题，我们都可以再一次提问：究竟是哪种神经元在起作用？
记忆是如何形成的，又储存在哪里？哪些神经元参与了感知的形成？不同行为表现究竟有
哪些神经元参与？在神经科学领域我们似乎从自行车时代步入了汽车时代。

驾驶汽车再一次探
险这知识的世界，你准备好了吗？。