访谈:Ed Boyden关于光遗传学、神经科学和神经工程的未来

由肯德尔摩根

Ed Boyden采访Optimetics神经科学麻省理工学院的埃德博顿解释它,他的目标是“了解大脑在抽象的水平,以实现其功能的工程。”一旦科学家可以这样做,他们不仅会了解大脑如何工作,而且在事情开始时如何解决它。为了达到这个目标,他的小组使用光的力量开发与大脑电路的修补工具。

在最近发表于自然方法博伊登和他的团队描述一下从藻类中发现的一种对红光而不是蓝光敏感的视蛋白,这将使研究人员能够同时独立控制两种神经元种群的活动。

加入与Boyden谈到了这个最新的光遗嘱学会,这是激励他对神经衰退的兴趣的重要问题,以及一些仍然缺失的致原工具。

用于神经工程的光遗传学工具

Addgene:对于那些可能不是专家的人来说,你能给我一个光学学的简史吗?这个想法周围多久了?

Boyden:光遗传学是一套工具,可以让你用光脉冲打开或关闭神经元的电活动。通过激活一个或一组神经元,你可以看到它是如何影响行为或病理的,通过禁用神经元,你可以弄清楚它们的作用。我们出版第一篇论文早在2005年,关于神经科学的光遗传学工具,既能激活也能抑制神经活动。从那时起,就有源源不断的论文描述新的光合作用或感光分子,这些分子基本上来自生命之树的每个分支。我们最最近的一篇论文中自然方法提供第一个真正的双色对。几天后我们就会把它寄给Addgene。

Chronos-and-Chrimson-ChannelRhodopsin-双色激励Addgene:你能告诉我们一些关于这个新的双色工具和它可以启用的东西吗?

Boyden:有许多例子,您希望激活两组神经元,并了解大脑的不同部分或它们内部的细胞一起工作或者也许可能互相竞争。获得双色刺激是该领域的圣杯。问题是所有这些分子对蓝光敏感。许多人试图制作绿色分子,但随后与蓝色一起,他们实际上有很多串扰。所以我们开发了一个红色分子。我们也必须使蓝光分子大得多,更轻松。然后你可以一起使用暗蓝灯和红色光。

通过光遗传学研究了解大脑

Addgene:光遗传学工具可以帮助我们解决哪些大问题?

Boyden:有两种具体的利益领域:首先,对大脑的基本理解,具有人性化和哲学的影响。例如,CALTECH的一个组在大脑的深部中的光学纤维一起使用光纤工具,使其对光敏敏感。当他们照亮这个地区时,动物变得激进了。如果我们能够理解暴力或侵略的神经基础,可能会对人类行为的更困难方面做很多可能做到很多,也许我们可以在一些这些谜团上掌握。

另一个应用是临床应用;我们能找到治疗病人的方法吗?已经有超过25万人植入了某种神经植入物。如果我们能利用光来更具体地激活一系列神经元,也许我们就能治疗患有帕金森症、慢性疼痛、耳聋或其他疾病的患者。

Addgene:你贡献了Addgene的各种质粒多年来,他们中的许多人非常受欢迎。为什么要尽可能自由地将这些工具分发布?

Boyden:我想是因为神经科学有这么多不同的目标:了解鼠标如何变化情绪,看看猴子如何改变决策,治愈人类患者。我们不能自行完成。将这些工具进入世界上,是我们专注于建设新工具的一种方式,而不是解决自己的数千个神经科学问题。那里有很多神经科学家;我们希望它们使用这些工具,因此我们可以专注于下一轮。

Addgene:仍然缺少哪些工具Optogenetics工具箱

Boyden:这是个好问题。我们已经取得了很大的进步。我想说的是,我们仍然想找到方法让这些工具对不同的离子更具选择性。现在,我们可以调节电流。如果你能有选择地让钙离子或其他特定的离子进入,那就很有趣了。如果你能制造出需要更少能量的神经消声器,那就更好了。这是最大的两个。第三个例子是,如果分子具有更好的双光子特性,将会很有帮助,这样你就可以在大脑中以任意模式激活单个细胞。

Addgene:您是否有任何特殊的提示或技巧,我们希望首次尝试这些原遗工工具?

Boyden:每个物种都有考虑因素。这可能是三四小时的谈话。大脑非常复杂,我们在我们的实验室中举办了数百名访客,以帮助他们了解他们的具体问题。每个物种都是如此不同 - 一个清醒的猴子与盘子里的细胞不同。我总是告诉别人,'被你的科学推动。


寻找视神经药质粒?

引用:

不同神经种群的独立光激发。Nathan Klapoetke等人。自然方法。2014年2月9日。(PubMed)。

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