新型靈長(zhǎng)類光遺傳技術(shù)的建立及其用于視覺(jué)腦機(jī)接口的研究

2026年2月3日，Neuron期刊在線發(fā)表了題為《A mesoscale optogenetics system for precise and robust stimulation of the primate cortex》的研究論文，該研究由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心/上海腦科學(xué)與類腦研究中心劉真研究員、蒲慕明研究員聯(lián)合臨港實(shí)驗(yàn)室李昊青年研究員合作完成。該研究成功建立了介觀尺度的靈長(zhǎng)類光遺傳技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)靈長(zhǎng)類大腦皮層的長(zhǎng)期精準(zhǔn)穩(wěn)定刺激和行為誘導(dǎo)，為靈長(zhǎng)類腦認(rèn)知研究和光學(xué)腦機(jī)接口研究提供了重要技術(shù)基礎(chǔ)。

光遺傳技術(shù)（Optogenetics）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)重要的腦科學(xué)前沿研究手段，它通過(guò)將光敏感通道蛋白導(dǎo)入神經(jīng)細(xì)胞中，然后利用特定波長(zhǎng)的光照射神經(jīng)細(xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)細(xì)胞活性的激活或抑制。光遺傳技術(shù)一經(jīng)發(fā)明就被廣泛應(yīng)用，極大的推動(dòng)了認(rèn)知行為的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制解析。然而，相較于小鼠、斑馬魚(yú)等模式動(dòng)物，光遺傳技術(shù)在靈長(zhǎng)類動(dòng)物的發(fā)展和應(yīng)用仍處于起步階段。

本研究中，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了適用于靈長(zhǎng)類動(dòng)物的光遺傳技術(shù)體系。針對(duì)靈長(zhǎng)類大腦體積大這一問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)建立了一種快速高效的陣列式病毒注射流程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)靈長(zhǎng)類皮層大面積均勻光敏感通道蛋白遞送；接著研究團(tuán)隊(duì)測(cè)試了不同的光敏感通道蛋白，選取了超敏感的ChRger2.0用于獼猴光遺傳實(shí)驗(yàn)；傳統(tǒng)的給光刺激依賴光纖植入，其刺激精度、靈活性、通量都有明顯不足，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用百萬(wàn)像素的microLED面板，結(jié)合透明玻璃窗口的使用，建立了一種全新的介觀光遺傳學(xué)皮層刺激方法。通過(guò)整合上述系列方法改進(jìn)，研究團(tuán)隊(duì)在厘米尺度范圍內(nèi)的窗口實(shí)現(xiàn)了高分辨率光遺傳刺激，從數(shù)量級(jí)層面提升了刺激通道數(shù)，并展現(xiàn)了前所未有的精確性和靈活性。利用非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物模型，團(tuán)隊(duì)成功在獼猴初級(jí)視覺(jué)皮層開(kāi)始了系統(tǒng)的光遺傳實(shí)驗(yàn)測(cè)試，成功誘發(fā)了具有視網(wǎng)膜拓?fù)渚�確性的光幻視，并在超過(guò)一年的時(shí)間內(nèi)保持了刺激效果的穩(wěn)定性。這一結(jié)果不僅驗(yàn)證了該光遺傳系統(tǒng)的可靠性，還顯示了其在未來(lái)的臨床應(yīng)用中的巨大潛力。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，該研究建立的靈長(zhǎng)類光遺傳技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高分辨率與長(zhǎng)期穩(wěn)定性兼?zhèn)涞拇竽X皮層刺激，并揭示了光遺傳技術(shù)在大腦皮層精準(zhǔn)調(diào)控中的潛力。這項(xiàng)工作所建立的系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。腦認(rèn)知研究方面，該系統(tǒng)結(jié)合特定細(xì)胞類型和環(huán)路標(biāo)記策略（Cell, 2025:劉真組合作建立靈長(zhǎng)類大腦細(xì)胞類型特異性靶向研究工具集），將為解析靈長(zhǎng)類大腦認(rèn)知行為的神經(jīng)機(jī)制提供強(qiáng)大的調(diào)控手段，推動(dòng)光遺傳技術(shù)在靈長(zhǎng)類動(dòng)物中的應(yīng)用。腦機(jī)接口方面，該系統(tǒng)尤為適用于具有顯著介觀功能柱組織的腦區(qū)（如靈長(zhǎng)類視覺(jué)皮層）的信息寫(xiě)入需求，為下一代腦機(jī)接口和視覺(jué)假體的研發(fā)開(kāi)辟了新路徑。

中國(guó)科學(xué)院腦智卓越創(chuàng)新中心劉真研究員、蒲慕明研究員與臨港實(shí)驗(yàn)室李昊青年研究員為該論文的共同通訊作者。臨港實(shí)驗(yàn)室李昊青年研究員、研究生張家琪、中國(guó)科學(xué)院腦智卓越創(chuàng)新中心研究生陸登宇、博士后廖海歐為該論文并列第一作者。臨港實(shí)驗(yàn)室李澄宇研究員、張語(yǔ)真和冷向晴，中國(guó)科學(xué)院腦智卓越創(chuàng)新中心唐儆、李靈也為研究作出了重要貢獻(xiàn)。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院、科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、臨港實(shí)驗(yàn)室、上海尚思自然科學(xué)研究院的資助。

轉(zhuǎn)自中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心

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