科学家可以使用光控制大脑回路行为和情绪

使用现有技术以时空方式自由控制脑细胞的活动一直很困难。一种是间接方法，涉及人工控制细胞的膜电位，但它会带来改变周围环境酸度或导致不必要的神经元失火的问题。此外，它不适用于对膜电位变化没有反应的细胞，例如神经胶质细胞。

为了解决这个问题，由基础科学研究所 (IBS) 认知与社会中心主任 C. Justin LEE 和韩国先进科学技术研究所 (KAIST) 教授 HEO Won Do 领导的韩国研究人员开发了 Opto- vTrap 是一种光诱导可逆的抑制系统，可以暂时捕获从脑细胞中释放的囊泡。Opto-vTrap 直接针对含有囊泡的发射器，它可以用于各种类型的脑细胞，甚至是对膜电位变化没有反应的脑细胞。

为了直接控制胞吐泡，研究小组应用了他们之前在 2014 年开发的一项技术，称为组装陷阱的光激活可逆抑制 (LARIAT)。在蓝光照射下，该平台可以通过立即捕获目标蛋白质(如套索)来灭活各种类型的蛋白质。Opto-vTrap 是通过将此 LARIAT 平台应用于囊泡胞吐作用而开发的。当 Opto-vTrap 表达细胞或组织在蓝光下照射时，囊泡形成簇并被困在细胞内，抑制了发射器的释放。

最重要的是，使用这种新技术触发的抑制是暂时的，这对神经科学研究非常重要。以前针对囊泡融合蛋白的其他技术会永久损坏它们并使目标神经元失效长达 24 小时，这不适用于许多时间限制较短的行为实验。相比之下，使用 Opto-vTrap 去簇在大约 15 分钟内灭活的囊泡，神经元在一小时内恢复其全部功能。

Opto-vTrap 直接控制信号发射器的释放，使研究人员能够自由控制大脑活动。研究团队验证了 Opto-vTrap 在培养细胞和脑组织切片中的可用性。此外，他们在活老鼠身上测试了这项技术，这使他们能够暂时消除恐惧条件下动物的恐惧记忆。

未来，Opto-vTrap 将用于揭示大脑多个部分之间的复杂相互作用。这将是研究某些脑细胞类型如何在不同情况下影响大脑功能的非常有用的工具。