Cell子刊：光遗传学技术成功用于灵长类动物

　　

生物通报道：光遗传学技术使人们可以通过可见光，对遗传学改造的脑细胞进行控制，这一技术已经在小鼠模型中取得了成功。现在，神经科学家们热切希望看到，光遗传学在复杂大脑中也获得同样的成功。

Cell旗下的Current Biology杂志发表了一项新研究，用光遗传学技术对非人类的灵长动物（猴子）进行大脑回路的干扰，研究显示光遗传学技术比微电流干扰的效果更好。Brown大学的研究人员为了比较上述两种技术，检测了两种干扰对猴子视觉决策行为的影响。

“我们很高兴看到，电刺激和光学刺激在某种程度上起到了类似的效果，而且光学刺激特异性更强，”文章的资深作者David Sheinberg教授说。

如果光遗传学确实能够安全有效的应用于灵长类大脑，该技术就有望帮助人们诊断和治疗人类疾病。

Sheinberg和文章的第一作者Ji Dai决定研究，当个体面临两个相似物体时，对大脑LIP区域（lateral intraparietal）进行的光/电刺激，会对个体的选择有何影响。Sheinberg补充道，这一任务比此前的灵长动物光遗传学实验更为复杂。

研究人员设计的任务是，让猴子注视屏幕的中心地带，当“T”出现在屏幕边缘时朝字母看。有时它们需要快速在“T”和类似字符之间（如“+”）作出选择，这两个字符会同时出现在屏幕的相反边缘。如果此时猴子朝T看，就能获得奖励。

在开始上述实验之前，研究人员分别给猴子大脑LIP区域的一小群细胞，置入光或电传感器。他们先在屏幕上确定了，能引起上述细胞应答的区域，将其称为感受域。然后研究人员对细胞进行光刺激或电刺激，分析这些刺激对个体选择字符的影响。

研究显示，当字符出现在感受域时，两种刺激方法都能增加个体选择的准确性。另外，感受域出现干扰字符，会降低个体选择的准确性。

换句话说，对特定LIP细胞群进行刺激，会显著影响个体对相应感受域的认知。当个体面临字符选择时，光刺激和电刺激都能够对其产生显著影响。

统计学分析显示，电刺激和光刺激基本上起到了相似的效果。不过，光遗传学有一些独特的优势，Sheinberg说。

当字符出现在感受域以外的地方，电刺激减少了个体的反应时间，这说明电刺激的精确性可能要差一些。而光遗传学刺激，就不会产生这样的非预期效果。

此外，研究人员指出，在电刺激的同时很难记录神经元的电信号。而光遗传学技术可以很方便的实现这一点，有利于分析神经元的活性。

Sheinberg认为，光遗传学技术可以用来研究更为复杂的认知问题。“我们的目标是将它作为日常工具分析复杂问题中的回路，” Sheinberg说。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Optogenetic and Electrical Microstimulation Systematically Bias Visuospatial Choice in Primates

Optogenetics is a recently developed method in which neurons are genetically modified to express membrane proteins sensitive to light, enabling precisely targeted control of neural activity [1,2,3]. The temporal and spatial precision afforded by neural stimulation by light holds promise as a powerful alternative to current methods of neural control, which rely predominantly on electrical and pharmacological methods, in both research and clinical settings [4,5]. Although the optogenetic approach has been widely used in rodent and other small animal models to study neural circuitry [6,7,8], its functional application in primate models has proven more difficult. In contrast to the relatively large literature on the effects of cortical electrical microstimulation in perceptual and decision-making tasks [9,10,11,12,13], previous studies of optogenetic stimulation in primates have not demonstrated its utility in similar paradigms [14,15,16,17,18]. In this study, we directly compare the effects of optogenetic activation and electrical microstimulation in the lateral intraparietal area during a visuospatial discrimination task. We observed significant and predictable biases in visual attention in response to both forms of stimulation that are consistent with the experimental modulation of a visual salience map. Our results demonstrate the power of optogenetics as a viable alternative to electrical microstimulation for the precise dissection of the cortical pathways of high-level processes in the primate brain.