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光遺傳學系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在同一細胞上既表達激活神經(jīng)元的光敏感蛋白，也表達抑制神經(jīng)元的光敏感蛋白。倘若對某一目標細胞群體而言，激活時能實現(xiàn)某一功能，而抑制時這一功能不再出現(xiàn)，則意味著，這一目標細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-細胞類型特異性：
光遺傳學手段在技術(shù)上，可以實現(xiàn)對特異目標細胞的針對性激活/抑制。這種準確操縱建立在光敏感蛋白在目標神經(jīng)元群體上的特異性表達的基礎(chǔ)上。
比如一些研究使用DIO(’double-floxed’inverted open reading frame)病毒載體實現(xiàn)Cre-loxP在目標細胞群體上的的高特異性和表達度。Cre(CreRecombinase enzyme)是一種在產(chǎn)業(yè)上已經(jīng)實現(xiàn)在所需神經(jīng)元群體上特異性表達的重組酶。Cre可以識別兩個反向的LoxP序列，將其中的逆向目標導入序列顛倒，成為正常表達的序列，在目標細胞中表達。因此，只有具有Cre重組酶的細胞才可以將經(jīng)由病毒導入的序列表達出來，而現(xiàn)有的基因工程技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)，在鼠內(nèi)，Cre重組酶在所需的目標細胞種類中特異性表達。
高時間準確度：
對于腦的神經(jīng)過程而言，許多過程以毫秒為單位。而光遺傳學的光照刺激在時間精度上，可以實現(xiàn)毫秒級的準確調(diào)控。另外，在突觸上的離子傳感器具有較高的毫秒級時間精度，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)具有較高的時間精度，已被研究者證實可實現(xiàn)活體單放電行波敏感度(single-spikesensitivity)(H?usser,2014)。
其他的應(yīng)用前景：
對于不在表面的深部腦區(qū)，為了傳送光照刺激，光遺傳學手段往往會對研究對象造成一定的損傷，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(sonogenetics)。Ibsen等人(2015)以低壓力的超聲波為非侵入性手段，激活了對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(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，成功地控制了被導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植入物的物質(zhì)分泌量上，從而實現(xiàn)精神疾病的準確給藥。
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