麻省理工学院和巴黎笛卡尔大学的研究人员开发了一种新的光遗传学技术，该技术可以对光照射，以靶向携带工程光敏分子的单个细胞，从而可以精确刺激单个神经元。

到目前为止，使用光遗传学靶向单细胞一直具有挑战性，可以精确控制激活的时间和位置。这一新进展为研究个体细胞以及这些细胞之间的联系如何产生特定行为(如启动运动或学习新技能)铺平了道路。

“理想情况下，你想做的就是像钢琴一样玩大脑。你想要独立控制神经元，而不是让它们像传统的光遗传学一样步调一致，但通常大脑不会这样做，“麻省理工学院大脑与认知科学与生物工程副教授Ed Boyden说。 ，麻省理工学院媒体实验室和麦戈文脑研究所的成员。

这项新技术依赖于一种新型的光敏蛋白，可以嵌入神经元细胞体内，结合全息光成形，可以将光线聚焦在单个细胞上。

Boyden和Valentina Emiliani是法国国家科学研究中心(CNRS)的研究主任，也是巴黎笛卡尔大学神经光子学实验室主任，该研究的高级作者出现在11月13日出版的“自然神经科学”杂志上。主要作者是麻省理工学院博士后或Shemesh和CNRS博士后Dimitrii Tanese和Valeria Zampini。

精确控制

十多年前，博伊登和他的合作者首次开创了使用被称为微生物视蛋白的光敏蛋白来操纵神经元的电活动。这些视蛋白可以嵌入神经元的膜中，当它们暴露于某些波长的光时，它们会沉默或刺激细胞。

在过去的十年中，科学家们利用这种技术研究了大脑任务在大脑任务中的行为，例如记忆回忆或习惯形成。传统上，许多细胞同时被靶向，因为照射到大脑中的光照射到相对大的区域。然而，正如Boyden指出的那样，神经元即使彼此靠近也可能具有不同的功能。

“两个相邻的细胞可以有完全不同的神经代码。他们可以完成不同的事情，对不同的刺激做出反应，并在不同的任务中发挥不同的活动模式。“

为了实现对单细胞的独立控制，研究人员结合了两项新进展：局部的，更强大的视蛋白和优化的全息光成形显微镜。

对于视蛋白，研究人员使用了一种名为CoChR的蛋白质，这是Boyden实验室在2014年发现的。他们之所以选择这种分子，是因为它可以产生非常强的电流来响应光线(比通道视紫红质-2产生的强大约10倍，第一种用于光遗传学的蛋白质)。

他们将CoChR融合到一种小蛋白质中，该蛋白质将视蛋白导入神经元的细胞体，远离轴突和树突，这些轴突和树突从神经元体延伸出来。这有助于防止神经元之间的串扰，因为激活一个神经元的光也可以打击与目标神经元交织的其他神经元的轴突和树突。