如果看過電影《超體》的同學(xué)，想必一定對這一幕印象深刻——被強(qiáng)迫幫人送貨的年輕女子露西，遭遇了窮兇極惡的黑幫頭目一伙。她被張先生在腹部縫入了神秘藥品，以此將藥品偷偷帶入不同國家。在臺北盤桓期間，露西遭到暴打，以致藥品破裂進(jìn)入血液之中

誰知令人難以置信的事情就此發(fā)生，藥品激發(fā)了露西大腦的潛力，令人腦中約90%的神經(jīng)元相繼蘇醒。伴隨著身體的飛快進(jìn)化，露西掌握了越來越多人們所謂的超能力

關(guān)于各種途徑控制大腦活動的科幻題材已流行數(shù)十年，實(shí)際上，其中藥物、電刺激、磁刺激等途徑在人類臨床上目前已得到了廣泛應(yīng)用

電影《超體》海報(bào)

以往的科幻電影中，關(guān)于人類腦控制主要通過化學(xué)物質(zhì)、意念、電刺激等各種各樣的形式，但在1997年上映的一部電影《黑衣人》中，我們看到一個場面，特工處理完外星人出沒現(xiàn)場之后會掏出一個發(fā)光棒，讓圍觀群眾“往這兒看”， 隨后強(qiáng)光一閃，圍觀者的短時記憶就被抹去，不再記得見過奇怪外星生物的經(jīng)歷。不難看出在二十多年前，人類就進(jìn)行了對光控制大腦的探索和遐想，而這在當(dāng)時只是電影的科幻題材 

那么現(xiàn)在，真的有這樣的技術(shù)，能夠用光來控制大腦嗎？當(dāng)然有，那就是通過光遺傳學(xué)方法，雖然沒有電影里“強(qiáng)光一閃”表現(xiàn)得那么簡單，但也能夠?qū)崿F(xiàn)對大腦的控制

電影《黑衣人》海報(bào)

實(shí)際上，我們的科學(xué)家早從21世紀(jì)初就開始了對光和大腦之間關(guān)系的探究 

2002年，斯隆凱特琳癌癥研究中心的Gero Miesenb?ck教授率先嘗試了這個大膽的想法，他把來自無脊椎動物的感光蛋白表達(dá)在大鼠細(xì)胞上，并在培養(yǎng)皿中看到了神經(jīng)元響應(yīng)光刺激的現(xiàn)象 

2005年，斯坦福大學(xué)Karl Deisseroth實(shí)驗(yàn)室通過在神經(jīng)細(xì)胞中表達(dá)光敏蛋白，響應(yīng)不同波長的光刺激實(shí)現(xiàn)對神經(jīng)功能的調(diào)控，宣布人類正式擁有了精準(zhǔn)操控大腦的工具 

2006 年, Karl Deisseroth首次提出光遺傳學(xué)（Optogenetics），并與26歲的Edward Boyden一起，開創(chuàng)光遺傳學(xué)時代 

Nature Methods雜志評選出2010年度研究方法——光遺傳學(xué)(Optogenetics)，并在十周年之際推出了紀(jì)念特刊點(diǎn)評了在過去十年中對生物學(xué)研究影響最深的十大技術(shù)，其中就包括光遺傳學(xué)技術(shù)

2015年，Nature Neuroscience雜志為紀(jì)念光遺傳學(xué)十周年特地撰文，直言“光遺傳學(xué)打開了通往夢寐以求實(shí)驗(yàn)的大門”，甚至有科學(xué)家預(yù)言：“光遺傳學(xué)注定會獲得諾貝爾獎”

在經(jīng)典的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，控制神經(jīng)細(xì)胞需要一些比較粗暴的手段，如電刺激、損傷腦區(qū)或是化學(xué)物質(zhì)干預(yù)。實(shí)驗(yàn)效果往往不盡人意，而光遺傳方法可通過控制單個神經(jīng)元很好地解決了這個問題

光遺傳學(xué)是遺傳學(xué)（重組DNA技術(shù)）與光學(xué)相結(jié)合的一種細(xì)胞生物學(xué)研究技術(shù)方法。通常利用病毒載體或者轉(zhuǎn)基因技術(shù)手段在受體細(xì)胞中表達(dá)光受體（光敏蛋白）離子通道，通過特異波長的光進(jìn)行定向性的激活或抑制細(xì)胞的發(fā)放電活動

實(shí)驗(yàn)流程

需要注意的是，光遺傳系統(tǒng)只是一個研究工具，是一個用光控制腦神經(jīng)活動的“開關(guān)”，其本身并不具備檢測功能

科學(xué)家們在進(jìn)行動物腦研究時，為了檢測光刺激的效應(yīng)，往往需要搭配腦電肌電采集、腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)檢測、行為視頻錄制等模塊進(jìn)行多維度分析

美國Pinnacle光遺傳學(xué)系統(tǒng)則在光遺傳刺激模塊基礎(chǔ)上，將專業(yè)的腦電肌電采集、神經(jīng)遞質(zhì)檢測和行為視頻采集等模塊集成為高度兼容的一站式系統(tǒng)。可支持研究者從植入光纖探針、實(shí)行特定波長的光刺激到采集刺激前后動物生理學(xué)、行為學(xué)變化的全部實(shí)驗(yàn)過程

市面上同類設(shè)備功能單一，而美國Pinnacle光遺傳學(xué)系統(tǒng)因其高拓展性的特點(diǎn)可進(jìn)行不同檢測

（圖1）行為視頻采集+神經(jīng)遞質(zhì)檢測+腦電肌電采集+光刺激系統(tǒng)組成

（圖2）光刺激神經(jīng)元活動

系統(tǒng)特點(diǎn)

多種波長的LED探針選擇