日本光遺傳學研究之展望

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  • 時間:2011/3/1 下午 05:45:00
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 應用光來操作大腦活動之研究正方興未艾。僅藉由照射光線,便可使特定的神經細胞產生興奮或加以抑制的光技術,和遺傳工程學相結合的結果,被稱為光遺傳學(optogenetics)的新技術於焉誕生。

藉由光可來控制活動的關鍵,在於對光會起反應之特殊的蛋白質。神經細胞的活動,原本便是藉由細胞內外的離子進出所引起的。陽離子的鈉離子進入細胞的話,細胞便會興奮。此興奮藉由神經細胞所串連的迴路來傳遞,動物便會起身或擺動手腳。相反的,陰離子的氯離子進入細胞的話,興奮便會被抑制。

若離子的進出可藉由光來控制,可控制神經活動之「光開關」便可望誕生。研究者們發現,其實在原始的生物體內已具備了此一構造。如能藉由「光開關」了解腦神經構造的話,或許就可解明和神經有關之疾病的原因並開發出治療法。大腦係由許多的神經細胞所構成的複雜迴路,擔負著記憶、學習、運動、下判斷等各種的機能。神經迴路的活動一旦異常,便會引起憂鬱症、統合失調症等。然而,其活動仍是充滿了謎團。若控制特定的迴路之活動,而使行動產生改變的話,其因果關係便會明朗化。

嚴重的帕金森氏症,有在大腦中埋入電極以制止手腳發抖的治療法。而找出和憂鬱症與藥物依存症相關之神經迴路的研究,以及抑制因神經細胞的過剩而產生興奮之癲癇的研究,亦有可能應用光之神經操作技術。

將光的信號轉換為神經的興奮之構造,亦和人工視覺的研究有所關連。東北大學的研究團隊,以此技術使因網膜的感光細胞受傷而失明之老鼠的視力成功地恢復了。在連結大腦的神經細胞中,以病毒加入視網膜素轉導通道2(channelrhodopsin-2)蛋白質的基因之「基因治療」,亦已展開照射光線使其興奮,並將刺激傳達到大腦的研究。

本文取自 國科會

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