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光遺傳學

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光遺傳學optogenetics)係一種技術,涉及用嚟控制一啲遺傳上受改造、會對光有反應嘅神經細胞。呢種技術喺神經科學研究上好有用。

配合時間編碼

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光遺傳學嘅示範;呢隻動物嘅運動神經細胞受改造,每當受改造嘅細胞俾藍光射到嗰陣就會射動作電位,令佢控制嗰嚿肌肉收縮[1]
睇埋:時間編碼

光遺傳學可以配合腦神經學上講到嘅時間編碼,達致自由噉控制一隻動物嘅神經系統活動:光遺傳學呢種技術涉及控制一隻動物嘅基因,將佢啲神經細胞變成會對光有反應,而跟手科學家就可以用光控制呢啲受改造嘅神經細胞,有得(例如)控制個別神經細胞產生乜嘢同點樣嘅 spike,而且解像度高到睇到個別單一細胞嘅程度[2];舉個例說明,想像而家有粒受改造嘅老鼠神經細胞,佢會對藍色光有反應,每次受藍色光刺激嗰陣都會產生一個 spike;而當粒細胞感應唔到藍光嗰陣時,粒細胞就唔會再產生 spike,即係話研究者會能夠靠藍光訊號嚟控制神經細胞產生 spike [3]。然後神經科學家就能夠透過操弄隻老鼠嘅神經細胞嘅 spike 發射,睇吓 spike 嘅發射時間傳達到乜嘢資訊(例如係睇吓 ISI 嘅變化會點樣影響老鼠嘅肌肉活動)[4]

除咗科研上有用之外,「用光遺傳學控制 spike 嘅時間」呢種技術仲俾人指係有可能幫到手醫一啲同 spike 異常有關嘅神經或者心理疾病[4]。透過控制 spike 嘅產生,神經內科醫生可以特登提高或者壓抑個腦某啲區域嘅活動,等個腦嘅活動變成正常嘅樣-而好多嘅神經或者心理疾病,包括咗抑鬱症(major depression)、精神分裂(schizophrenia)同柏金遜症(Parkinson's disease)呀噉,都係源於個腦某啲區域嘅活動異常嘅。而且有研究顯示,對 spike 與 spike 之間嘅時間間隔嘅操作喺控制起腦活動嗰陣,可能仲有效過[3]

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  1. Liu Y., LeBeouf B., Guo X., Correa P. A., Gualberto D. G., Lints R., Garcia L. R. (March 2011). Goodman M. B. (ed.). "A cholinergic-regulated circuit coordinates the maintenance and bi-stable states of a sensory-motor behavior during Caenorhabditis elegans male copulation". PLOS Genetics. 7 (3): e1001326.
  2. Mancuso, J. J.; Kim, J.; Lee, S.; Tsuda, S.; Chow, N. B. H.; Augustine, G. J. (2010). "Optogenetic probing of functional brain circuitry". Experimental Physiology. 96 (1): 26–33.
  3. 3.0 3.1 Karl Diesseroth, Lecture. "Personal Growth Series: Karl Diesseroth on Cracking the Neural Code." Google Tech Talks. November 21, 2008.
  4. 4.0 4.1 Han X., Qian X., Stern P., Chuong A. S., Boyden E. S. Informational lesions: optical perturbations of spike timing and neural synchrony via microbial opsin gene fusions. Cambridge, Massachusetts: MIT Media Lad, 2009.