全國科學技術名詞審定委員會2021-02-19

光控遺傳修飾技術

optogenetics

又稱：光遺傳學技術

定義：將光學技術與遺傳學技術結合在一起，用於控制活體（包括自由運動的動物）內單個神經元活性的一種神經修飾技術。用於行為神經科學研究，可以精確和實時測量神經元的反應，從而以極高的空間和時間解析度在毫秒時間尺度上觀察單個神經元的活動。其核心是一些光敏感的蛋白質，如通道視紫紅質、嗜鹽菌視紫紅質和古細菌視紫紅質，它們被用作光啟用劑在選定的時間和空間藉助鈣離子、氯離子或膜電位使神經元興奮或抑制，實現對特定神經元活動的精確控制。

學科：生物物理學_光生物物理學_光與物質的相互作用

相關名詞：非線性光學技術 神經元 蛋白質

【延伸閱讀】

只要用光照射動物的大腦，就能夠操控目標神經元的狀態。這並非是科幻小說的情節，而是已經被應用於神經與醫藥研究的現實技術。這一技術被稱為光控遺傳修飾技術，意思是將能夠改變動物基因的“遺傳修飾”（轉基因）與控制神經反應的“光”組合而來的技術。

過去對神經系統的研究中，最大的困難就是無法直接操控神經元，而只能依賴觀測。但僅憑觀測，很難確定神經元與特定行為的因果關係。科學家已經知道，神經元興奮的基礎在於鈉離子通道開啟，使得鈉離子流入細胞內。所以，想要操控神經元的“開”與“關”，就需要找到人工移動鈉離子的方法。

在2005年，科學家利用遺傳修飾，將衣藻編碼光敏感通道的基因轉入小鼠體內，使小鼠的神經元表面表達出這種特定的通道蛋白。接著，使用藍光照射特定的神經元，就能啟用光敏感通道，讓鈉離子流入細胞，促使神經元興奮。這樣一來，科學家就能非常準確地研究特定神經元的功能。接下來，科學家們又發現了更多類似的光敏蛋白，透過不同的光啟用不同的蛋白，就能讓神經元在“開”與“關”之間自由切換。

光控遺傳修飾技術面世以後，科學家對腦和神經的功能研究有了飛躍性的進步。不過，由於需要改變實驗物件的遺傳物質，光控遺傳修飾技術還不能直接應用於研究人類。但透過研究小鼠等實驗動物的精神疾病機制，也可以開發適用於人的療法與藥物。不僅僅是基礎研究，光控遺傳修飾技術也已成為醫藥領域的重要工具。