eLIFE："升級版」光遺傳學技術照亮神經網路的研究道路

知識 08-23

eLIFE：

光遺傳學（optogenetics）是一項結合遺傳學與光學來操作個別神經細胞活性的技術，該技術基於一種藻類（algae）的光敏膜通道（ChR），它可以控制光反應的運動。將ChR插入神經元，就相當於在神經細胞當中安裝了一個開關，科研人員可以通過是否給予光照刺激的方法打開或者關上這個開關，通過這種方式對細胞進行調控。

科學家利用光刺激某個神經元，然後用電極記錄附近神經元的反應，以繪製大腦連接。他們檢測刺激某個假定的突觸前神經元是否會引起突觸後神經元的反應。從樹突到軸突，被插入的ChR可以在神經元的全部表面表達。由於ChR的表達不受神經元特定區域的限制，因此科學家很難採集並解讀突觸連接，因為很難確定ChR刺激具體來自神經元的哪個部位。

來自馬克斯?普朗克佛羅里達神經科學研究所的研究團隊在近日的eLIFE雜誌上發表了他們優化光遺傳學技術，繪製大腦神經環路的新方法。改進的方法用基因技術限制ChR在細胞內的空間位置，使其表達於胞體和附近的神經元樹突上。空間限制ChR表達可以揭示那些胞體位於突觸後細胞的樹突附近的神經元的突觸連接。此外，這項技術還可以保證光刺激被應用到某個特定的細胞，任何被記錄到的反應都能夠可信地歸結於那個細胞的活動，而並不是軸突，或者其他細胞樹突恰巧在光刺激時傳來的興奮。這個方法快速可靠地評估單個神經元水平上的突觸連接情況並為其他涉及光遺傳學操作的實驗增強了特異性。

研究人員說，他們的目標是構建一個精確的圖譜揭示有功能的突觸連接，利用光刺激評估神經環路可以在神經病學或精神病學動物模型上揭示神經系統如何運作、如何調整、如何被干擾。優化後的方法非常簡單，很容易用標準雙光子顯微鏡操作，這項技術對神經科學領域的相關研究提供了許多新的可能性。

備註：本文編譯自Max Planck Florida Institute for Neuroscience網站，原標題：「Refining optogenetic methods to map synaptic connections in the brain」

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