光遺傳系統(tǒng)是一項整合了光學、軟件控制、基因操作技術(shù)、電生理等多學科交叉的技術(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，科學家通過改造和篩選，獲得了更強，熒光種類更豐富的熒光蛋白來作為生物體的標記，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獎。
 

　　2007年，Joshua R. Sanes 和Jeff W. Lichtman主持的一項研究將紅黃藍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——這些細胞之間，是怎么互相作用的呢？在經(jīng)典的生物學實驗中，控制神經(jīng)細胞需要一些比較粗暴的手段，電刺激、切腦區(qū)、或者是加一些化學物質(zhì)。費時費力不說，達到的實驗效果也并不盡如人意。長久以來，神經(jīng)學家們一直夢想著，能夠以精確的時空精度控制神經(jīng)元活動。這個夢想被光遺傳學實現(xiàn)了。光遺傳學的靈感實際上來自我們的視覺。人眼中有重重的感光細胞，外界的光線進入我們的眼睛，在視網(wǎng)膜后轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W信號和電信號，通過神經(jīng)元的傳輸進入大腦。那我們是不是也可以通過光來給神經(jīng)元下命令，操控它們的活動呢？
 

　　2. 2005年——光遺傳學不被認可的開始：，斯坦福大學的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，實現(xiàn)動作電位與突觸傳導的興奮/抑制性控制。然而這樣一項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, 其工作的實用性也遭到了質(zhì)疑。
 

　　3. 2005至今——光遺傳學的發(fā)展和完善：盡管光遺傳學一出現(xiàn)就遭遇了坎坷，但隨著與光學的緊密結(jié)合，這種以微生物產(chǎn)生的視蛋白為基礎(chǔ)的光遺傳學操控被廣泛應(yīng)用。對神經(jīng)環(huán)路的研究物種發(fā)展到了線蟲、果蠅、斑馬魚、嚙齒動物等。光遺傳學的出現(xiàn)使科學家對神經(jīng)環(huán)路的研究更加可控，特別是當隨機檢測一個神經(jīng)元對于神經(jīng)環(huán)路的意義時，光遺傳學已經(jīng)逐漸成為無脊椎動物研究行為基礎(chǔ)的神經(jīng)環(huán)路的標尺。即使目前無法*理解任何感覺、行為和認知的過程，但科研工作者們已經(jīng)嘗試應(yīng)用光遺傳學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)對特定神經(jīng)細胞產(chǎn)生的活動模式進行全腦范圍的成像。隨著光遺傳學方法和技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，光遺傳學被科學界廣泛認可，2010年被Nature Methods選為年度方法，同年被Science認為是近十年來的突破之一。