这项研究由麻省理工学院的埃米利奥·比齐教授领导。研究人员在老鼠的脊髓神经元中插入了一种可以增强神经活动的光敏蛋白。当动物脊髓受到蓝光照射时，它们的后腿完全不能移动，但这种变化是可逆的。研究人员认为，发表在6月25日《PLOS一号》上的这一发现，为研究控制协调运动和处理感觉的复杂脊髓回路提供了一种新的方法。
在这项研究中，比齐和麻省理工学院麦戈文大脑研究所的博士后研究员维托里奥·卡吉亚诺利用光遗传学来探索抑制性中间神经元及其功能。这些神经元和脊髓中的其他神经元形成一个回路，执行来自大脑的命令，并从四肢输入感觉信息。
早些时候，神经科学家使用电刺激或药物干预来控制神经元活动，试图了解它们的功能。这些研究确实揭示了大量的脊髓控制规律，但这些研究方法很难更准确地研究特定的神经元子集。
现在，光遗传学可以帮助科学家通过基因手段表达光敏蛋白，从而控制特定类型的神经元。这些被称为视蛋白的蛋白质，像离子通道或离子泵一样，可以调节神经元的电活动。当暴露于光下时，一些光蛋白活性被抑制，而另一些被激活。
“利用光遗传学，你可以攻击一个细胞高度相似的系统。对我们来说，理解这个系统是如何工作的将是一个巨大的变化。”比齐说他是麻省理工学院麦戈文研究所的成员。
肌肉控制
抑制脊髓中的神经元抑制肌肉收缩，这对维持平衡和协同运动尤其重要。例如，当你把苹果放进嘴里时，三头肌放松，二头肌收缩。神经元的抑制也被认为与快速眼动睡眠时的肌肉收缩有关。
为了研究更多抑制神经元功能的细节，研究人员采用了麻省理工学院教授和论文《国平峰》作者培育的小鼠。这些小鼠的脊髓抑制神经元编码视紫红质通道蛋白2。当暴露在蓝光下时，这种视觉蛋白刺激神经活动。此外，他们还从不同方向照射脊髓，观察神经兴奋效应。
当自由活动的小鼠胸髓小区域的抑制性神经元被激活时，它们的后腿停止运动。Caggiano解释说，可以看出胸椎抑制神经元将抑制信息传递到脊髓末端。令人惊讶的是，激活抑制神经元并不影响感觉信息从四肢到大脑的传递，也不影响有规律的反射。
“这种脊柱位置可以产生完全的抑制作用，这是一个全新的发现，”卡吉亚诺说。“其他科学家从未发现这里存在水平抑制，这种影响仅限于运动行为，不会影响感官行为。”
“光遗传学的非凡应用提出了许多其他有趣的问题，”西蒙·吉斯特说，他是德雷克塞尔大学的神经生物学和解剖学教授，不是研究小组的成员。许多问题的关键是，这是否是一个全球性的“杀伤开关”机制，或者抑制神经元是否能形成一个参与更多选择性抑制活动的模块。
光遗传学对这类研究大有裨益，麻省理工学院的研究小组希望探索其他类型脊髓神经元的功能。同时，他们计划探索大脑输入如何影响这些脊髓回路。
“扩展研究和破译这些电路将会很有趣。我们将从全球的角度探索这些抑制系统，”卡吉亚诺解释道。“进一步的研究将集中于脊髓中的单个神经元在肢体控制和动作控制中的特殊作用。”