Neuron：光基因技術首次用於哺乳動物

負責該項研究的是麻省理工學院的神經學家艾德·鮑登（Ed Boyden）及他的一個博士後。鮑登表示，這一激動人心的成果適用於多種精神疾病的治療，如注意力缺陷多動障礙、精神分裂症、抑鬱症和強迫症等。

通過光基因技術（optogenetic technique），科學家成功地將激光器與基因工程結合在一起，以確定可疑的細胞和迴路並控制特定神經元的放電活動，其時間精度可達毫秒。光基因技術的特異性有助於避免健康細胞的損傷，從而將副作用減少到最小。在實驗中，科學家對病毒進行了基因改造，使之專門攻擊某種神經元，後者擁有一種對藍光高度敏感的特殊通道。只需用藍光照射被感染的細胞，通道便會迅速打開，此時離子湧入細胞，神經元則會進行放電活動。

該技術的關鍵之處即在於其特異性，病毒的活動範圍僅限於大腦中極小的一塊區域，也只有特定的神經元才會在受感染之後打開通道，而激光束則會繼續精確鎖定可疑的區域。這與當前作用範圍較廣的藥物和電極技術正好相反。

在未來，可以發射光束的人工神經元將代替用於深部腦刺激的電極，後者會激活或抑制大範圍內神經元的活動，它是治療帕金森病、羊癲瘋和抑鬱症的重要手段。然而由於作用範圍過廣，深部腦刺激的副作用和其療效同樣顯著。特異性較高的人工神經元可以彌補這一不足。據鮑登介紹，精神病的最終療效取決於副作用的大小。通過鎖定特定種類的細胞，研究者可以強化神經系統的自我調節功能或是發明無損於人體健康的新療法。

根據鮑登日前發表在《神經》（Neuron）雜誌上的報告，該技術不僅適用於哺乳動物，而且安全性較高。在長達八個多月的實驗中，儘管接受了多輪注射和激光刺激，恆河猴的神經系統依然無恙，病毒也未引發大腦免疫系統的排異反應。

鮑登指出，精神紊亂往往和特定細胞種類的改變有關。如何攻擊特定的種類而不殃及正常細胞是研究人員當前面臨的難題之一。激光療法不僅能夠控制特定細胞的開合，還可精確定時，從而為新療法的開發創造了條件。

早在2005年，鮑登和斯坦福大學的卡爾·戴瑟羅斯（Karl Deisseroth）便開始利用光基因技術來研究神經元迴路對於不同行為的影響，如魚類的逃生。然而迄今為止，科學家們都未能驗證該技術在哺乳動物身上的效果。鮑登的最新成果為光基因療法在人類精神病領域的應用奠定了基礎。

不僅如此，光基因療法還可揭示出神經迴路與特定行為——尤其是高級的認知功能——之間的關係。一般而言，鼠類的機體是理想的模型，然而其行為不夠複雜，有關神經迴路的研究也受到諸多限制。對於注意力缺陷多動障礙、精神分裂症、抑鬱症和強迫症等的深入研究需要進行以哺乳動物為對象的高級實驗。因此，儘管引發了一定的倫理爭議，光基因技術依然被神經學家視為近年來最激動人心的重大突破之一。（生物谷Bioon.com）

生物谷推薦原始出處：

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, USA2 McGovern Institute, Department of Brain and Cognitive Sciences, Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA 02139, USA3 Koch Center for Cancer Research, Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, MA 02139, USA4 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.

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