光遺傳系統(tǒng)是一項(xiàng)整合了光學(xué)、軟件控制、基因操作技術(shù)、電生理等多學(xué)科交叉的技術(shù)。
 

　　光遺傳系統(tǒng)的歷程：
 

　　1. 綠色熒光蛋白的發(fā)展：1962年，下村脩從水母中發(fā)現(xiàn)了綠色熒光蛋白(GFP)，正式開啟了生物發(fā)光研究的大門，從此以后，科學(xué)家通過改造和篩選，獲得了更強(qiáng)，熒光種類更豐富的熒光蛋白來作為生物體的標(biāo)記，用熒光的辦法使生物體內(nèi)發(fā)生的變化可視化。2008年，綠色熒光蛋白獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
 

　　2007年，Joshua R. Sanes 和Jeff W. Lichtman主持的一項(xiàng)研究將紅黃藍(lán)三種顏色的熒光色素嵌入小鼠基因組，成功地為小鼠的不同細(xì)胞涂上不同顏色。三種顏色相互組合，較終展現(xiàn)在顯微鏡下的老鼠腦干組織切片上有近百種顏色標(biāo)記，如同一道絢爛的彩虹。
 

　　腦虹讓我們清楚地看到了大腦內(nèi)不同細(xì)胞交織在一起的絕妙畫面，也帶來了更深一層的問題——這些細(xì)胞之間，是怎么互相作用的呢？在經(jīng)典的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，控制神經(jīng)細(xì)胞需要一些比較粗暴的手段，電刺激、切腦區(qū)、或者是加一些化學(xué)物質(zhì)。費(fèi)時(shí)費(fèi)力不說，達(dá)到的實(shí)驗(yàn)效果也并不盡如人意。長久以來，神經(jīng)學(xué)家們一直夢(mèng)想著，能夠以精確的時(shí)空精度控制神經(jīng)元活動(dòng)。這個(gè)夢(mèng)想被光遺傳學(xué)實(shí)現(xiàn)了。光遺傳學(xué)的靈感實(shí)際上來自我們的視覺。人眼中有重重的感光細(xì)胞，外界的光線進(jìn)入我們的眼睛，在視網(wǎng)膜后轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)信號(hào)和電信號(hào)，通過神經(jīng)元的傳輸進(jìn)入大腦。那我們是不是也可以通過光來給神經(jīng)元下命令，操控它們的活動(dòng)呢？
 

　　2. 2005年——光遺傳學(xué)不被認(rèn)可的開始：，斯坦福大學(xué)的Edward S Boyden和Karl Deisseroth教授(文末視頻主講者)通過使用慢病毒載體將一種萊茵衣藻的蛋白質(zhì)ChR2 (Channelrhodopsin-2) 轉(zhuǎn)染到神經(jīng)元中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作電位與突觸傳導(dǎo)的興奮/抑制性控制。然而這樣一項(xiàng)開拓性的工作卻接連被Nature和Science雜志拒稿，較終即使被Nature Neuroscience接收, 其工作的實(shí)用性也遭到了質(zhì)疑。
 

　　3. 2005至今——光遺傳學(xué)的發(fā)展和完善：盡管光遺傳學(xué)一出現(xiàn)就遭遇了坎坷，但隨著與光學(xué)的緊密結(jié)合，這種以微生物產(chǎn)生的視蛋白為基礎(chǔ)的光遺傳學(xué)操控被廣泛應(yīng)用。對(duì)神經(jīng)環(huán)路的研究物種發(fā)展到了線蟲、果蠅、斑馬魚、嚙齒動(dòng)物等。光遺傳學(xué)的出現(xiàn)使科學(xué)家對(duì)神經(jīng)環(huán)路的研究更加可控，特別是當(dāng)隨機(jī)檢測一個(gè)神經(jīng)元對(duì)于神經(jīng)環(huán)路的意義時(shí)，光遺傳學(xué)已經(jīng)逐漸成為無脊椎動(dòng)物研究行為基礎(chǔ)的神經(jīng)環(huán)路的標(biāo)尺。即使目前無法*理解任何感覺、行為和認(rèn)知的過程，但科研工作者們已經(jīng)嘗試應(yīng)用光遺傳學(xué)來繪制信息流形成的大腦圖譜，例如結(jié)合fMRI(functional magnetic resonance imaging, 功能性磁共振成像)或者PET(postron emission tomography，正電子輻射斷層成像)的前沿技術(shù)對(duì)特定神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的活動(dòng)模式進(jìn)行全腦范圍的成像。隨著光遺傳學(xué)方法和技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，光遺傳學(xué)被科學(xué)界廣泛認(rèn)可，2010年被Nature Methods選為年度方法，同年被Science認(rèn)為是近十年來的突破之一。