光学探针克服了大脑深部成像情况时的光散射

利用高精确度的光进行神经通路的刺激以实现细胞的控制，即光遗传学，这将是活体大脑成像和研究领域令人振奋的关键目标。在当前的技术状态下，目前所能开展的空间光图案化操作是利用自由空间光对小型透明组织的刺激和内表面的皮质层神经元的刺激。

然而，在神经组织中的光散射和吸收会导致光的穿透距离非常短，使得它不可能采用自由空间光学方法进行脑区约2毫米深的探测。

近日，发表在国际光学和光子学协会（SPIE）《神经光电子》杂志上的一篇名为“通过可见光波长的光学探针进行大脑深部光遗传学的图案化光刺激”的论文中，加州理工学院教授Michael Roukes研究团队下的Eran Segev作为论文的首席作者，以及来自加州理工学院、贝勒医学院和斯坦福大学的合作者，描述了一个解决方案。

他们的方法结合纳米光子学和微机电系统（MEMS）实现植入式、超窄、硅基光子探测器，并深入到脑组织。这种微创技术避免了在植入过程中的主要组织位移。

利用光遗传学技术，大脑中的一种蛋白质作为感光目标可以通过特定波长的光进行控制。这些组合技术提供了一种用于刺激大脑通路的具有良好分辨率的方法，可实现单个神经元的观察和控制。

这些研究成果将在神经科学和神经医学领域、研究界具有广泛的应用前景。为了表征特定神经元的作用和识别的对应于通过激励诱导激活的新的特定行为的神经回路电路，光遗传学已成为神经科学家所寻求的研究中的一种新的途径。

该论文是发表在《神经光电子》杂志的一个特殊的版块中，脑映射与治疗学版块，而该版块是加州理工学院喷气推进实验室的Shouleh Nikzad作为高级编辑。这个特殊版块是SPIE学会与脑映射与治疗学（SBMT）相合作推出的，是作为一个利用先进技术解决神经失调、神经疾病以及深入神经科学的交叉综合研究版块。该项目研究是Nikzad自2015年任SBMT主编时发起的。