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視蛋白天然存在于許多藻類和細(xì)菌，它使用光敏感蛋白，以幫助他們應(yīng)對(duì)其環(huán)境和產(chǎn)生能量。

實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元的光控制，科學(xué)家工程師腦細(xì)胞表達(dá)的基因的視蛋白，該轉(zhuǎn)運(yùn)的離子穿過細(xì)胞膜，以改變其電壓。 根據(jù)所使用的視蛋白，在細(xì)胞上閃耀光要么降低了電壓和沉默神經(jīng)元放電或升壓電壓和引發(fā)細(xì)胞，以產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。 這個(gè)效果幾乎是即時(shí)的和容易逆轉(zhuǎn)。

使用這種方法，研究人員可以有選擇地打開細(xì)胞或關(guān)閉的人口，觀察大腦中發(fā)生了什么。 然而，直到現(xiàn)在，他們可以在一個(gè)時(shí)間只能激活一個(gè)群體，因?yàn)檫@回應(yīng)了紅燈的視蛋白也回應(yīng)了藍(lán)色的光，所以他們不能與其他視蛋白配對(duì)來控制兩臺(tái)不同的細(xì)胞群。

尋求額外的有用的視蛋白，麻省理工學(xué)院的研究人員與黃的研究小組在阿爾伯塔大學(xué)，這是測(cè)序1,000植物，包括一些藻類的轉(zhuǎn)錄工作。 （轉(zhuǎn)錄組是相似的基因組，但僅包括由一個(gè)細(xì)胞，而不是它的遺傳物質(zhì)的整體表達(dá)的基因。）

一旦團(tuán)隊(duì)獲得，似乎代碼為視蛋白基因序列，Klapoetke測(cè)試了他們的光響應(yīng)在哺乳動(dòng)物腦組織，與瑪莎君士坦丁 - 佩頓，生物學(xué)和腦與認(rèn)知科學(xué)的麻省理工學(xué)院教授，麥戈文學(xué)會(huì)會(huì)員工作，而該論文的作者。 紅色感光視蛋白，其中研究人員命名Chrimson，可以響應(yīng)光用735納米波長介導(dǎo)的神經(jīng)活動(dòng)。

研究人員還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)藍(lán)光驅(qū)動(dòng)的視蛋白，它有兩個(gè)非?？扇〉奶刭|(zhì)：它工作在高速，這是非常昏暗的光線敏感。 這種視蛋白，稱為Chronos的，可以刺激與藍(lán)色光太弱激活Chrimson水平。

“你可以用昏暗的藍(lán)色光短脈沖來驅(qū)動(dòng)藍(lán)色的，你可以使用強(qiáng)闖紅燈駕駛Chrimson，而且可以讓你做真正的兩色，零串?dāng)_激活完整的大腦組織，” Boyden小，誰是麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室的成員，麥戈文腦研究所說。

研究人員曾試圖修改自然發(fā)生的視蛋白，使他們更快地做出反應(yīng)和應(yīng)對(duì)調(diào)光燈，但試圖優(yōu)化一個(gè)特點(diǎn)往往使其他功能惡化。

“很明顯，試圖工程師般的色彩，光感度和動(dòng)力學(xué)特征的時(shí)候，總有取舍，”Klapoetke說。 “我們很幸運(yùn)，自然的東西實(shí)際上是超過快好幾倍，也五六倍光敏感比什么都重要?！?/span>

這些新的視蛋白借給自己幾種類型的研究，以前不可能，博伊登說。 為1，科學(xué)家不僅可以操縱感興趣的細(xì)胞群的活性，而且還控制上游的細(xì)胞通過分泌神經(jīng)遞質(zhì)影響目標(biāo)人群。

配對(duì)Chrimson和Chronos的也可以讓科學(xué)家在大腦中學(xué)習(xí)不同類型的細(xì)胞的功能，在同一個(gè)微電路。 這些細(xì)胞通常位于非常接近，但與新的視蛋白它們可以獨(dú)立地具有兩種不同顏色的光進(jìn)行控制。

“我認(rèn)為在這個(gè)優(yōu)秀的論文中描述的工具，代表了這兩個(gè)基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)化神經(jīng)科學(xué)的一大進(jìn)步，”Botond Roska在，高級(jí)小組負(fù)責(zé)人在弗里德里希生物醫(yī)學(xué)研究所在瑞士，誰是不是該研究小組的一部分說。 “被移向紅外范圍光遺傳學(xué)工具，如Chrimson本文中描述的，是不是更藍(lán)移的變體更好，因?yàn)樗鼈兪堑投拘?，激活更少的瞳孔反射，并激活患者更少的剩余的光感受器?“

大多數(shù)光遺傳學(xué)研究迄今已在小鼠中已經(jīng)完成，但是Chrimson可用于果蠅，一種常用的試驗(yàn)有機(jī)體的光遺傳學(xué)研究。 研究人員已經(jīng)用藍(lán)色感光視蛋白在果蠅，因?yàn)楣饩€可以進(jìn)入果蠅的眼睛和驚嚇?biāo)麄?，正在研究中的行為干擾了麻煩。

維韋克賈亞拉曼，一個(gè)研究小組負(fù)責(zé)人在Janelia農(nóng)場(chǎng)和論文的作者，能夠表明，當(dāng)紅燈是用來刺激Chrimson在果蠅這種驚嚇反應(yīng)不會(huì)發(fā)生。

因?yàn)榧t燈損害較小的組織比藍(lán)色光，Chrimson還擁有潛在的人類最終的治療用途，博伊登說。 與其他視蛋白的動(dòng)物研究已經(jīng)在幫助感光細(xì)胞在視網(wǎng)膜的損失后，對(duì)恢復(fù)明承諾。

研究人員目前正在試圖修改Chrimson在紅外范圍內(nèi)響應(yīng)的光。 他們也努力使雙方Chrimson和Chronos的更快，更怕光。

該項(xiàng)目的麻省理工學(xué)院的部分得到了衛(wèi)生部，麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室，美國國家科學(xué)基金會(huì)，閣下科爾特基金會(huì)，Alfred P. Sloan基金會(huì)，一個(gè)NARSAD青年研究者格蘭特，人類前沿科學(xué)計(jì)劃的資助，一個(gè)NYSCF羅伯遜神經(jīng)科學(xué)研究員獎(jiǎng)，IET自動(dòng)對(duì)焦哈維獎(jiǎng)，科學(xué)技術(shù)的斯科爾科沃學(xué)院，和珍妮特和謝爾頓拉辛'59。