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光遺傳學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在同一細(xì)胞上既表達(dá)激活神經(jīng)元的光敏感蛋白，也表達(dá)抑制神經(jīng)元的光敏感蛋白。倘若對(duì)某一目標(biāo)細(xì)胞群體而言，激活時(shí)能實(shí)現(xiàn)某一功能，而抑制時(shí)這一功能不再出現(xiàn)，則意味著，這一目標(biāo)細(xì)胞群體與研究的神經(jīng)系統(tǒng)功能之間存在著直接的因果關(guān)系。
高空間精度-細(xì)胞類型特異性：
光遺傳學(xué)手段在技術(shù)上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特異目標(biāo)細(xì)胞的針對(duì)性激活/抑制。這種準(zhǔn)確操縱建立在光敏感蛋白在目標(biāo)神經(jīng)元群體上的特異性表達(dá)的基礎(chǔ)上。
比如一些研究使用DIO(’double-floxed’inverted open reading frame)病毒載體實(shí)現(xiàn)Cre-loxP在目標(biāo)細(xì)胞群體上的的高特異性和表達(dá)度。Cre(CreRecombinase enzyme)是一種在產(chǎn)業(yè)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在所需神經(jīng)元群體上特異性表達(dá)的重組酶。Cre可以識(shí)別兩個(gè)反向的LoxP序列，將其中的逆向目標(biāo)導(dǎo)入序列顛倒，成為正常表達(dá)的序列，在目標(biāo)細(xì)胞中表達(dá)。因此，只有具有Cre重組酶的細(xì)胞才可以將經(jīng)由病毒導(dǎo)入的序列表達(dá)出來，而現(xiàn)有的基因工程技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，在鼠內(nèi)，Cre重組酶在所需的目標(biāo)細(xì)胞種類中特異性表達(dá)。
高時(shí)間準(zhǔn)確度：
對(duì)于腦的神經(jīng)過程而言，許多過程以毫秒為單位。而光遺傳學(xué)的光照刺激在時(shí)間精度上，可以實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的準(zhǔn)確調(diào)控。另外，在突觸上的離子傳感器具有較高的毫秒級(jí)時(shí)間精度，能以較高的精度反映出突觸電位的變化。鈣離子傳感器(如Aequorin、Cameleon與GCaMP)、氯離子傳感器(Clomeleon)或者膜電壓傳感器(Mermaid)具有較高的時(shí)間精度，已被研究者證實(shí)可實(shí)現(xiàn)活體單放電行波敏感度(single-spikesensitivity)(H?usser,2014)。
其他的應(yīng)用前景：
對(duì)于不在表面的深部腦區(qū)，為了傳送光照刺激，光遺傳學(xué)手段往往會(huì)對(duì)研究對(duì)象造成一定的損傷，在一定程度上有侵入性(invasive)。因此有研究者將視角投向受聲音激活的通道蛋白，即聲遺傳學(xué)(sonogenetics)。Ibsen等人(2015)以低壓力的超聲波為非侵入性手段，激活了對(duì)于超聲波特異性敏感的線蟲神經(jīng)元。另外，也有研究者提出了磁遺傳學(xué)(magnetogenetics)的概念，探索和開發(fā)具有非侵入性特性的磁敏感蛋白，使其激活或抑制神經(jīng)元(Leibiger & Berggren，2015)。
另外，在現(xiàn)階段，將光遺傳學(xué)手段直接應(yīng)用于人有諸多技術(shù)和倫理限制。因此有研究者將視野投向腦機(jī)口。Folcher等人(2015)的研究中，人腦的狀態(tài)被EEG記錄并解析，通過無線裝置，轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，成功地控制了被導(dǎo)入光敏感通道蛋白的鼠的神經(jīng)。這一技術(shù)在生物反饋治療患者的精神疾患上有較大前景。在不久的將來，患者的心理狀態(tài)可能將被反映在腦補(bǔ)植入物的物質(zhì)分泌量上，從而實(shí)現(xiàn)精神疾病的準(zhǔn)確給藥。
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