人类大脑*中有多达 1,000 亿个神经元，数量如此之多，以至于我们还不了解它们是如何协同工作，来创造出我们这样有思维的生物的。神经科学家正在寻找有关大脑如何运作、神经系统如何发育以及如何更好地了解和治疗神经及精神疾病等重大问题的答案。
神经科学研究人员的重要措施光遗传学是一种将光敏蛋白编码到特定类型的神经元中以使它们对光做出反应的技术。
这种新颖的方法可以让科学家们准确地打开或关闭神经元，帮助发现它们在学习和记忆等基本大脑活动中的作用。这些活动可能会受到多种疾病的影响。
在光遗传学实验中，当研究人员用光照射含有视蛋白的神经元时，它可以诱发这些细胞激活或灭活。这种变化反映了大脑中神经元通过动作电位进行交流的基本方式。
全光学方法：弥合神经科学领域的差距
动作电位的时间携带特定的信息，光遗传学有望揭示这些编码信息并解码大脑的运作方式。虽然早期的光遗传学实验利用光纤传输的 LED 光，但激光（尤其是飞秒激光）已显著提高了光传输的精度，从而为光刺激提供了三维精度。
通过将光遗传学与多光子成像相结合，研究人员开发出了变革性的“全光学方法”，其中激光用于刺激特定神经元（或使其保持静默），而第二束激光则用于通过感知其荧光特性的变化来绘制其他互连神经元的活动。这种传感通常使用荧光钙离子指示剂，因为这些离子映射代谢活动的变化，包括动作电位。
与以前的技术相比，该方法提供了一个全面且详细的细胞活动视角，并使研究人员可以选择单神经元分辨率。
此外，这种方法没有老式电生理技术的侵入性或局限性。
如今，神经科学研究人员可以捕捉到动物表现出自然行为时数百个细胞的同步活动。
此外，研究人员的目标是在观察动物行为的过程中利用光遗传学来干扰发射动作电位的特定细胞的活动，以确认它们在所观察到的行为中的重要性。
这些细胞尽管属于同一回路，但可能位于大脑的不同深度。研究人员已经开发出特殊的工具，通过调整光学装置来同时瞄准这些细胞。
通常，采用高色散空间光调制器来创建用于体积多光子光遗传学研究的多个激光细光束，每个细光束针对不同的特定神经元。光扰动的有效性依赖于同时多光子成像来监测传感器荧光信号强度的变化，从而揭示细胞状态（活性或不活跃）。
先进的 Coherent 高意光遗传学解决方案
在全光多光子实验中，最常用的致动器（视蛋白）和传感器对是红色视蛋白（对 1000 nm 左右及以上的波长敏感）和绿色指示剂（对 900 nm 左右的波长敏感）。这种光谱分离极大地减少了光刺激和荧光成像过程之间的任何潜在串扰。
用于多光子显微镜的新型荧光探针的设计领域不断发展，该领域的研究人员特别关注光谱调谐。红移光能更深入地穿透组织，其能量比蓝移光低，并且造成的光损伤也较小。当视蛋白与荧光标签以及电压和钙指示剂结合以减少串扰时，这尤其有利。
为了助力复杂的全光学实验，Coherent 高意提供广泛的飞秒激光器产品组合，用于多光子光遗传学和成像。
对于那些深入研究全光学多光子实验的人员来说，Coherent 高意生产的飞秒激光器是必不可少的。
诸如 Coherent Monaco LX 和 Coherent Axon 1064 等产品不仅非常先进，而且它们是专门为满足不同的研究需求和预算限制而设计的。
我们的每台激光器都具有独特的功能，确保研究人员拥有他们所需的精确工具。
光遗传学：未来希望的灯塔
光遗传学的发展前景非常广阔。在医学领域，它有望发展成为针对癫痫、帕金森病，甚至抑郁症等虚弱病症的靶向治疗方法。
除了医学领域之外，它还有可能彻底改变脑机接口和神经义肢技术。对于患有瘫痪或其他神经系统疾病的患者来说，这可能会改变他们的生活，为他们提供与世界互动的新方式。
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