神经工程学神经工程学 (36).pdf

《神经工程学神经工程学 (36).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《神经工程学神经工程学 (36).pdf（20页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、光遗传学光遗传学电磁等物理刺激化学药物无法精确定位无法精确定时光遗传通过光学和遗传学技术在活体动物脑内精准控制细胞活动的技术。神经科学领域研究面临挑战，光遗传技术应运而生光遗传学光遗传学概述光遗传技术应用举例1.光遗传学概述光遗传（optogenetics）是一项整合了光学、软件控制、基因操作技术、电生理等多学科交叉的技术。2005年，Edward S Boyden和Karl Deisseroth教授通过使用慢病毒载体将一种莱茵衣藻的蛋白质ChR2(Channelrhodopsin-2)转染到神经元中，实现动作电位与突触传导的兴奋/抑制性控制。Edward S BoydenKarl Deiss

2、eroth1.光遗传学概述光遗传学的意义随着光遗传学方法和技术的不断发展与完善，光遗传学被科学界广泛认可，过去十几年中对生物学研究影响最深的十大技术之一。被认为是诺贝尔奖级别的技术。神经科学遗传学细胞生物学生物化学行为学分子生物学心理学药剂学工程学生理学截止到2018年，光遗传在不同领域发表文章一览光学门控通道光遗传蛋白的作用原理利用离子通道的对离子的选择性调节细胞的兴奋性1.光遗传学概述光遗传学的基本原理视紫红质通道蛋白2嗜盐菌紫质(halorhodopsin)1.光遗传学概述光遗传学的基本原理光遗传学实验的基本步骤（以ChR2为例）1.光遗传学概述光遗传学基本步骤光遗传学基本步骤寻找合适的

3、光敏蛋白 激活型和抑制型 天然或人工 光灵敏度和动力学特性向靶细胞内导入光敏蛋白基因 转染、病毒注射（慢病毒和腺相关病毒）、转基因动物1.光遗传学概述对光信号进行时空调控 导入光纤、控制激光 时间调控：不同参数（波长、光强度、频率和占空比）空间调控：选择性的照射细胞局部表型检测 电生理记录验证其有效性 行为学测试来评估特定神经元对动物行为的影响。1.光遗传学概述光遗传学基本步骤 高时空分辨率（毫秒级）高细胞特异性 细胞空间投射特异性 细胞行为可视化1.光遗传学概述光遗传学优势2.光遗传学应用a.研究特定神经元及神经网络的功能b.确定与行为对应的神经网络.c.临床治疗.d.人工智能.光遗传技术有

4、着让人兴奋的临床应用前景，它至少可以用于视力恢复、神经系统疾病、成瘾等。包括信息写入和对人造设备的控制。2.光遗传学应用2015年成功拿到了美国食品与药品监督管理局（FDA）的临床试验批准，可在视网膜色素变性的患者身上，测试基于光遗传学的治疗方法。Bi Anding,et al.Ectopic expression of a microbial-type rhodopsin restores visual responses in mice with photoreceptor degeneration.Neuron 50(2006):23-33.2.光遗传学应用温顺小鼠化身致命猎手，只因一束

5、光Han W,Tellez L A,Jr M J R,et al.Integrated Control of Predatory Hunting by the Central Nucleus of the Amygdala.Cell(2017)2.光遗传学应用星形胶质细胞在睡眠-觉醒周期中的作用研究通过AAV5将ChR2-EYFP特异表达在星形胶质细胞中（Dheeraj Pelluru,2015)2015年，Dheeraj Pelluru等发现在睡眠-觉醒周期的活动期刺激下丘脑后的星形胶质细胞会引起睡眠，从而揭示了星形胶质细胞在睡眠-觉醒调控中的重要作用。2.光遗传学应用删除记忆？未来或许真的

6、可以Kazumasa Z.Tanaka et al.Cortical Representations Are Reinstated by the Hippocampus during Memory Retrieval.Neuron.20162.光遗传学应用止痛Sufang Liu et al.Potential Application of Optogenetic Stimulation in the Treatment of Pain and Migraine Headache:A Perspective from Animal Studies.Brain,2019.2.光遗传学应用Jenn

7、ifer N.Perusini et al.Optogenetic stimulation of dentate gyrus engrams restores memory in Alzheimers disease mice.Hippocampus.2017治疗神经紊乱类疾病2.光遗传学应用未来展望 光遗传学技术是神经生物学研究的重要突破，利用该技术开展的基础研究，将对人类脑功能的认识产生深远的影响。如果病毒载体基因导入在人体被证实是安全的，光遗传学技术将来有可能被用于多种神经/精神疾病，如帕金森氏病、阿尔茨海默病、脊髓损伤、精神分裂症等的治疗。总结2.光遗传技术的操作步骤1.光遗传学的涵义及其基本原理4.光遗传学的应用3.光遗传技术的优势