天氣日漸炎熱，隨着夏天的到來，蚊子帶着惱人的“嗡嗡聲”和令人發癢的紅包又出現了。雖然絕大多數人都很討厭可惡的蚊子，但最近蚊子卻在一些科學家中受到歡迎，因為它們帶來了有助於研究大腦的新工具。
近日，神經科學領域權威期刊Neuron上發表的一篇文章中，以色列魏茨曼科學研究所（Weizmann Institute of Science）的Ofer Yizhar教授帶領研究團隊，從蚊子體內提取出一種特有的蛋白，並用它設計了一種改良的光遺傳學方法，來研究大腦神經元之間的信息傳遞。新工具有望為理解和治療神經、精神疾病帶來新的方法，改進現有療法。
光遺傳學（optogenetics）自2005年問世以來在神經科學領域引起了不小的轟動。這是一種控制特定腦細胞和神經環路活動的技術，涉及將特殊的感光分子視紫紅質（rhodopsin）表達在神經元中。然後，用一小束光照射腦組織，就可以控制這些神經元做出反應；關閉光源，則可以讓神經通路恢復。
儘管世界各地的科學家利用光遺傳學方法，已經取得了一些突破性成果。但在Yizhar教授看來，目前的方法還不是很完善，因為現有的視紫紅質在控制突觸的活動時往往不夠完美。突觸是神經元之間通過各種神經遞質傳遞信息的重要連接。
Yizhar教授和他的研究團隊相信，他們可以開發出更好用的視紫紅質，打造更有效的“開關”控制神經信號在突觸的傳遞。
“我們決定看看大自然是否能給我們什麼啟示。” Yizhar教授說。
神奇的大自然一次次幫人類突破科學的發展。事實證明，自然界中存在多種不同版本的視紫紅質分子。這些版本分佈於魚類、昆蟲甚至哺乳動物中，不僅存在於動物眼睛，還存在於其他身體部位；其功能也是多種多樣，有些可能是為了調節動物的晝夜節律周期，另一些甚至還沒人清楚有什麼功能。
研究小組首先列出了一長串潛在的視紫紅質蛋白，評估哪些蛋白最有可能滿足他們的實驗要求。經過多年篩選，他們最終發現，來自蚊子的視紫紅質是最合適的！
為了評估這種來源於蚊子的光遺傳學新工具，研究人員進行了一系列測試。作為對比，他們使用了一種已知的藥物來降低神經元之間的通訊強度，相比之下，表達蚊子的視紫紅質來控制神經元，不但同樣可以達到抑制突觸信號傳遞的效果，而且干預的效果還比藥物更加穩定。
不止如此，傳統藥物會影響大腦的許多部位，而且很難控制；但利用新的光遺傳學方法，在特定腦區打開或關閉光線，可以在空間和時間上精確控制對大腦突觸的調節。
接下來的小鼠實驗中，研究人員驗證了新工具的實用性，用它來阻止神經遞質多巴胺在大腦一側的釋放。研究人員在小鼠一側大腦半球表達了蚊子視紫紅質，用綠光對其照射后，成功導致這些小鼠出現單側旋轉偏向的行為，關閉光源后動物又可以恢復正常。這些結果證明，新的光遺傳學工具是精確、有選擇性且可控的。
在這項研究中，Yizhar教授的團隊已成功使用這種新方法調整、關閉和重新激活小鼠大腦中的通路。Yizhar教授說：“這是一項非常令人興奮的技術，它讓我們以一種以前不可能的方式發現大腦中特定通路的作用。我們認為這種蚊子蛋白可以開闢一條新的道路，開發一系列新的光遺傳學工具，用於神經科學研究。”
研究人員設想，利用新工具精準控制突觸活動的優勢，研究人類腦疾病的科學家可以在動物的大腦中逐一“關閉”不同類型的突觸，以便確定問題發生在哪裡，以及可以採取什麼措施來解決問題。在後續計劃中，相關項目有望彙集各個領域的研究小組，共同努力揭開大腦的奧秘。最終目標是讓我們更好地了解大腦，以及如何治療各種腦部疾病。讓我們拭目以待！