光遗传学，我居然第一次听说这种技术，已经出现十几年了。太神奇了！通过光学信号来控制细胞甚至动物行为。 @浮云资本
//光遗传学融合了光学及遗传学技术，通过遗传学方法将合适的外源光敏感蛋白靶向导入特定活细胞，利用特定波长的光照刺激光敏蛋白，调控神经元的活性，进而控制细胞乃至动物行为的开关。
、光遗传学技术研究方法
①寻找合适的光敏蛋白。
光敏蛋白（也称为视蛋白）是细胞膜上能够感受某一波长光照刺激而产生特定效应的一类膜蛋白，分为激活型和抑制型两种，能够引起神经元兴奋或抑制。
根据其组成成分，光敏感蛋白可以分为单成分视蛋白即Ⅰ型光敏感蛋白和多成分视蛋白即Ⅱ型光敏感蛋白。Ⅰ型光敏感蛋白可以独立完成光感和离子运输应用更为广泛，主要包括光敏感通道视紫红质(ChR)、嗜盐菌视紫红质(HR)和细菌视紫红质(BR)等。
①ChR2 由475 nm的蓝光激活，是阳离子选择性通道，允许阳离子（如Na+）大量内流，产生动作电位，使神经元处于兴奋状态。此外，ChR的不同变体也已被开发，包括CatCh、ChIEF、ChETA和VChR1等。
②NpHR 氯泵，在593 nm的黄光激活下会将氯离子打进神经元内，而抑制神经元活动。③Arch 质子泵，在575 nm处被黄光或绿光激活，将带正电的质子转移到细胞外。在特定条件下，可用于增加细胞内pH或减少细胞外基质的pH。
②将光敏蛋白基因转运到靶细胞内，从而实现靶细胞中光敏蛋白基因的稳定表达。这是光遗传学技术的关键。
通常通过病毒转染、Cre-依赖的表达体系或构建转基因动物等方式，将体外合适的光敏蛋白基因靶向导入到受体活细胞中。目前光遗传学研究中广泛应用的方法为借助病毒载体输送光敏蛋白基因，腺相关病毒（AAV）载体凭借其低免疫原性及高组织特异性，并且无致病性等优势，在光遗传研究中更具吸引力。
③给予光刺激使光敏蛋白激活。
通过导入光纤，控制激光实现对神经元活动的精确控制。
④观察光刺激后的动物行为并记录信号。
观察光照刺激对细胞、组织、器官，甚至整个动物的影响，并记录信号进行效应评估。
2、光遗传学技术的优势
相比于传统的药物注射和电刺激等手段，光遗传学技术特异性更强，灵敏性更好，毒性更低、其时间准确度可达到毫秒范围，在空间上可实现对单一细胞甚至亚细胞范围的精确控制。
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光遗传通常是指结合光学与遗传学手段，精确控制特定神经元活动的技术。斯坦福大学Diesseroth实验室2007 年发表在《自然》(Nature)上关于光控制神经回路的文章，被麻省理工学院技术综述评为该年度十大最有影响的技术之一。2010年该技术入选Nature Methods 年年度方法（Method of the Year）”，Science杂志“十年突破（Breakthroughs of the Decade）”。
该技术利用分子生物学、病毒生物学等手段，将外源光敏感蛋白基因导入活细胞中，在细胞膜结构上表达了光敏感通道蛋白；然后通过特定波长光的照射，控制细胞膜结构上的光敏感通道蛋白的激活与关闭；光敏感蛋白的激活和关闭可控制细胞膜上离子通道的打开与关闭，进而改变细胞膜电压的变化，如膜的去极化与超极化。当膜电压去极化超过一定阈值时就会诱发神经元产生可传导的电信号，即神经元的激活；相反，当膜电压超极化到一定水平时，就会抑制神经元动作电位的产生，即神经元的抑制。神经元生物学家经常运用这种技术，通过光学方法无损伤或低损伤地控制特异神经元的活动，来研究该神经网络功能，特别适用于在体、甚至清醒动物行为学实验。
同时，利用类似的光学与遗传学手段，可控制脑细胞外其它细胞中的蛋白表达，从而实现光诱导蛋白质表达，启动细胞内生物学过程，进而控制生物行为。因此光遗传技术在生命活动与疾病研究中应用广泛。
在特定波段光的激发下，诱导光敏感蛋白的激活，促使神经元细胞膜去极化的工具即为活化神经元的光遗传工具。其中，典型的用于激活神经元的光敏感通道蛋白ChR2（channelrhodopsin），最早从莱茵衣藻中发现，后经人为突变、修饰，改造成能适用于哺乳动物细胞、表达稳定对细胞无毒的工具。该蛋白在蓝光（最大激发峰在470nm波长附近）的激发下会诱导阳离子通道的打开，促使神经元的去极化，进而诱发动作电位，激活神经元。如图1左侧图示。
在特定波段光的激发下，诱导光敏感蛋白的激活，促使神经元细胞膜超极化的工具即为抑制神经元的光遗传工具。其中典型的抑制神经元活动的光敏感蛋白NpHR（盐系菌视紫红质），最早从嗜盐碱菌里发现，NpHR在黄绿光（最大激发峰在590nm波长附近）的激发下会诱导氯离子通道的打开，氯离子内流造成神经元的超极化，从而抑制神经元动作电位的产生；当然还有在苏打盐红菌里发现的Arch（古紫质），它在黄绿光（最大激发峰在566nm波长附近）的激发下会诱导质子的外流，从而产生超极化信号，抑制神经元的活动。
