生活的颜色
视蛋白自然存在于许多藻类和细菌中，它们利用光敏蛋白帮助自己对环境做出反应并产生能量。
为了实现对神经元的光学控制，科学家们设计了脑细胞，使其表达视蛋白的基因，视蛋白可以通过细胞膜运输离子，改变细胞膜的电压。根据所使用的视蛋白的不同，照射在细胞上的光线要么降低电压并抑制神经元放电，要么提高电压并刺激细胞产生电脉冲。这种效应几乎是瞬时的，而且很容易逆转。
使用这种方法，研究人员可以有选择地打开或关闭一组细胞，并观察大脑中发生了什么。然而，到目前为止，他们一次只能激活一个细胞群，因为唯一对红光有反应的视蛋白也对蓝光有反应，所以他们不能与其他视蛋白配对来控制两个不同的细胞群。
为了寻找更多有用的视蛋白，麻省理工学院的研究人员与黄的阿尔伯塔大学团队合作，对包括一些藻类在内的1000种植物的转录组进行了测序。(转录组与基因组相似，但只包括细胞表达的基因，而不包括其全部遗传物质。)
一旦团队似乎代码视蛋白基因序列,获得Klapoetke测试light-responsiveness在哺乳动物大脑组织,与玛莎Constantine-Paton合作,麻省理工学院大脑与认知科学系教授和生物学,麦戈文研究所的一员,该论文的作者之一。研究人员将这种对红光敏感的视蛋白命名为christson，它可以调节神经活动对735纳米波长的光的反应。
研究人员还发现了一种蓝光驱动的视蛋白，它有两个非常理想的特征:它工作速度快，对非常微弱的光线敏感。这种视蛋白被称为克罗诺斯(Chronos)，可以被蓝光刺激，但蓝光太弱，无法激活克罗诺斯。
“你可以使用短脉冲的暗淡的蓝光开蓝色的,你可以使用强红光Chrimson,允许你做这样的双色,zero-cross-talk激活完整的大脑组织,“Boyden说谁是麻省理工学院的媒体实验室的成员和麦戈文脑研究所。
研究人员此前曾试图修改自然产生的视蛋白，使其对较暗的光线反应更快，但试图优化一个特征往往会使其他特征变得更糟。
Klapoetke说:“很明显，当试图设计颜色、光敏性和动力学等特性时，总是要权衡的。”“我们非常幸运的是，天然的东西实际上比其他任何东西都快好几倍，对光的敏感度也高5到6倍。”
选择性控制
博伊登说，这些新的视蛋白可以用于几种以前不可能进行的研究。首先，科学家们不仅可以操纵感兴趣的细胞群的活动，还可以通过分泌神经递质来控制上游细胞对目标群的影响。
将克里姆森和克罗诺斯配对还可以让科学家研究大脑内同一微电路中不同类型细胞的功能。这些细胞通常非常靠近，但有了新的视蛋白，它们可以通过两种不同颜色的光独立控制。
“我认为这篇优秀论文中描述的工具代表了基础神经科学和转化神经科学的重大进展，”瑞士弗里德里希·米歇尔生物医学研究所(Friedrich michel Institute for Biomedical Research)的高级小组负责人博德·罗斯卡(Botond Roska)说，他不是该研究小组的成员。188bet怎么注册“转移到红外范围的光遗传工具，如本文中描述的克里森，比蓝移的变种要好得多，因为它们毒性更小，激活的瞳孔反射更少，激活的患者剩余的光感受器也更少。”
迄今为止，大多数光遗传学研究都是在老鼠身上进行的，但Chrimson可以用于果蝇的光遗传学研究，果蝇是一种常用的实验生物。研究人员在果蝇身上使用蓝光敏感视蛋白时遇到了困难，因为光线会进入果蝇的眼睛并惊吓它们，干扰正在研究的行为。
维韦克·贾亚拉曼(Vivek Jayaraman)是贾内利亚农场(Janelia Farms)的研究小组负责人，也是这篇论文的作者之一，他能够证明，当用红光刺激果蝇的变色时，这种惊吓反应不会发生。
博伊登说，因为红光对组织的损伤比蓝光小，所以克里森在人类的最终治疗中也有潜力。用其他视蛋白进行的动物研究显示，在视网膜感光细胞丧失后，有希望帮助恢复视力。
研究人员现在正试图修改克里森，使其对红外范围内的光线作出反应。他们还在努力使chromson和克罗诺斯的速度更快，对光线更敏感。
麻省理工学院的部分项目是由美国国立卫生研究院资助,麻省理工学院媒体实验室,美国国家科学基金会,华莱士·h·库尔特基金会,斯隆基金会NARSAD青年科学家基金项目,人类前沿科学计划,一个NYSCF罗伯逊神经科学研究员奖,专业的自动跟踪哈维奖,斯科尔科沃科学技术学院，珍妮特和谢尔顿·拉辛59年的作品。
视频:“解释说:光遗传学”
生物工程、大脑和认知科学副教授埃德·博伊登解释了光遗传学及其在神经学研究中的应用。
