光遗传学(Optogenetics)是通过光控制神经细胞活动，比如诱发活体动物脑中某一类细胞按照某一特定频率发放。光遗传学由斯坦福大学 Karl Deisseroth教授2005年发明，在2010年分别获得 Golden Brain Award 和 Nature methods 年度奖项。该技术的关键是：先给动物的某种特定细胞转入一种特殊基因，这种基因表达产物能够对不同颜色光的刺激作出敏感的反应，再利用不同颜色的激光照射来激活或者抑制细胞的功能。该技术的本质是将光敏感离子通道通过遗传工程技术转到特定目标细胞内，用光线激活该离子通道达到细胞膜去极化形成动作电位的目的。在人体的视网膜中也存在天然的光敏感细胞。

http://www.nature.com/ncomms/2015/150602/ncomms8153/full/ncomms8153.html

瘫痪可能是大脑控制运动的中枢功能障碍，多见于外伤和中风。也可能是脊髓运动神经元坏死和功能障碍。脊髓侧梭硬化就是脊髓运动神经元进行性坏死导致的瘫痪，被称为渐冻人。外伤也可以导致来自脊髓上游和大脑的运动神经纤维断离无法控制运动神经元出现瘫痪。目前光遗传学已经成为神经生物学研究刺激神经的标准方法，但在非神经系统的应用并不多。除神经以外，身体内依靠离子通道实现调节的细胞非常多，这些细胞理论上都可以借用这种技术。如果用人工方法激动失去神经控制的肌肉细胞，结合自动化控制，能实现人工控制人类肌肉运动的目的。最近科学家就是将光遗传技术用于瘫痪治疗的研究。这一研究2015年6月2日发表在《自然通讯》上。目前该研究主要是作为肌肉功能的分析，经过深入研究或许能用喉神经瘫痪导致的呼吸困难。

从事神经肌肉相互作用的加洲大学洛杉矶分校Julio Vergara教授认为这一研究非常好。显示了这一强大的技术用于非神经系统的潜力。

 论文作者曾经将光遗传技术用于心肌细胞，利用光刺激干扰心电，制造人工心律失常，过去这类模型需要用电流刺激，而且目标不够集中，成功率比较低。最新研究是从心肌转移到骨骼肌。是不是将来转移到平滑肌或胰岛素分泌细胞上去？

骨骼肌和心肌的特点不同，每个肌肉纤维独立运行，以实现精细的运动控制。论文作者德国波恩大学生理学家Philipp Sasse等将光敏感离子通道蛋白channelrhodopsin的基因转到小鼠骨骼肌细胞，由于再体骨骼肌细胞不容易实现无创光照，他们采用体外细胞进行分析。

他们所以首先选择喉肌肉细胞是因为考虑到喉返神经瘫痪能导致不同程度的呼吸困难。喉返神经瘫痪可能因为甲状腺手术损伤到喉返神经。因为电刺激无法精确选择肌肉，导致无法有效治疗该疾病。利用光线进行精确刺激肌肉细胞，则可以避免电刺激存在的精确度不足的缺陷。光遗传学技术理论上能实现各种神经肌肉运动功能障碍。许多运动神经功能障碍的患者虽然神经功能丢失，但肌肉仍然保持正常。

当然这种技术也能作为肌肉电生理的研究，用于分析电信号如何产生肌肉收缩，许多实验研究利用电刺激作为肌肉收缩的诱导信号。而电刺激往往无法实现精确控制。光刺激则可以解决这个问题。

Sasse等计划明年用猪进行再体研究，以克服小鼠体积小的局限。猪的实验是人体实验的过渡。

http://www.nature.com/news/light-opens-up-the-larynx-1.17662