新型靈長類光遺傳技術(shù)的建立及其用于視覺腦機(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)合臨港實驗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類光遺傳技術(shù)，實現(xiàn)了對靈長類大腦皮層的長期精準(zhǔn)穩(wěn)定刺激和行為誘導(dǎo)，為靈長類腦認(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）是近年來發(fā)展起來的一項重要的腦科學(xué)前沿研究手段，它通過將光敏感通道蛋白導(dǎo)入神經(jīng)細(xì)胞中，然后利用特定波長的光照射神經(jīng)細(xì)胞，從而實現(xiàn)對神經(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、斑馬魚等模式動物，光遺傳技術(shù)在靈長類動物的發(fā)展和應(yīng)用仍處于起步階段。

本研究中，研究團(tuán)隊開發(fā)了適用于靈長類動物的光遺傳技術(shù)體系。針對靈長類大腦體積大這一問題，團(tuán)隊建立了一種快速高效的陣列式病毒注射流程，實現(xiàn)了對靈長類皮層大面積均勻光敏感通道蛋白遞送；接著研究團(tuán)隊測試了不同的光敏感通道蛋白，選取了超敏感的ChRger2.0用于獼猴光遺傳實驗；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)隊創(chuàng)新性地利用百萬像素的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。通過整合上述系列方法改進(jìn)，研究團(tuán)隊在厘米尺度范圍內(nèi)的窗口實現(xiàn)了高分辨率光遺傳刺激，從數(shù)量級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。利用非人靈長類動物模型，團(tuán)隊成功在獼猴初級視覺皮層開始了系統(tǒng)的光遺傳實驗測試，成功誘發(fā)了具有視網(wǎng)膜拓?fù)渚�確性的光幻視，并在超過一年的時間內(nèi)保持了刺激效果的穩(wěn)定性。這一結(jié)果不僅驗證了該光遺傳系統(tǒng)的可靠性，還顯示了其在未來的臨床應(yīng)用中的巨大潛力。

總結(jié)來說，該研究建立的靈長類光遺傳技術(shù)實現(xiàn)了高分辨率與長期穩(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類大腦細(xì)胞類型特異性靶向研究工具集），將為解析靈長類大腦認(rèn)知行為的神經(jīng)機(jī)制提供強(qiáng)大的調(diào)控手段，推動光遺傳技術(shù)在靈長類動物中的應(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)（如靈長類視覺皮層）的信息寫入需求，為下一代腦機(jī)接口和視覺假體的研發(fā)開辟了新路徑。

中國科學(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驗室李昊青年研究員為該論文的共同通訊作者。臨港實驗室李昊青年研究員、研究生張家琪、中國科學(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。臨港實驗室李澄宇研究員、張語真和冷向晴，中國科學(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)。該研究得到了中國科學(xué)院、科技部、國家自然科學(xué)基金委、臨港實驗室、上海尚思自然科學(xué)研究院的資助。

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

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