用光来诊断帕金森症
生物医学工程师薛涵介绍了她在光遗传学新领域的工作
波士顿大学的生物工程师薛涵使用一种叫做光遗传学的技术——利用光脉冲来控制脑细胞——来澳门威尼斯人注册网站研究精神和神经疾病。视频由WBUR提供。西德尼·斯科特摄
薛涵用一种不寻常的工具来澳门威尼斯人注册网站研究帕金森病：光。韩是光遗传学这一新兴领域的先驱。在这一领域，科学家们利用一种叫做视蛋白的分子，重新设计神经细胞或神经元，使其对光做出反应。就像冰淇淋一样，视蛋白也有多种口味——例如，人眼中的视紫红质和细菌中的视紫红质——但它们都有一个关键特征：当它们暴露在光线下时，它们会改变形状。
韩教授是波士顿大学工程学院生物医学工程助理教授，他通过寻找将视蛋白植入神经元的方法，为澳门威尼斯人注册网站研究人员提供了一种简单的工具，可以打开和关闭神经元，从而澳门威尼斯人注册网站研究它们的功能。这项技术现在被广泛用于澳门威尼斯人注册网站研究大脑活动，它正在导致对疾病和治疗的更好理解。
2014年4月，韩前往华盛顿特区，奥巴马总统向她颁发了科学家和工程师总统早期职业奖，这是美国政府对处于独立澳门威尼斯人注册网站研究生涯早期阶段的科学和工程专业人士的最高荣誉。
波士顿大学澳门威尼斯人注册网站研究中心最近采访了韩。
布鲁里溃疡澳门威尼斯人注册网站研究是谁想到用光来打开和关闭神经元的？
韩：用光来控制细胞并不是什么新鲜事。在我们的视网膜中，有很多视紫红质，它们天生对光很敏感，但我们不能轻易地将整个系统设计成神经元。所以真正新颖的部分是使神经元对光敏感，这样它们就很容易使用。
那我是怎么卷进来的？2005年，我在斯坦福大学开始了我的博士后澳门威尼斯人注册网站研究，与此同时，Ed Boyden，现在是麻省理工学院的副教授，和Karl deisserth一起，使用了一种叫做通道视紫红质的分子。他们把它放入神经元中，他们就可以用光来驱动神经活动。通道视紫红质的美妙之处在于它是一种非常小的蛋白质，而且很容易使用。
然后艾德和我在想，既然有一种技术可以激发神经元，我们能不能也让它们安静下来？这导致了盐视紫红质的发现，这使我们能够做到这一点。但它做得不是很好。谁知道为什么？这些来自细菌，你把它们放入哺乳动物细胞。这就是生物学的复杂性。
所以我们说，让我们找一个更好的。我们筛选了一大堆与盐视紫红质相似的蛋白质，我们还发现了一些类似的东西，比如质子泵。我们不认为它们会起作用，但我们想，你知道吗？我们扔几个进去看看会发生什么。我们这样做了，发现这些质子泵在使神经元沉默方面更有效。更重要的是，根据我们的测试，它对神经元是安全的。这是一个强大的工程工具，我们现在可以激活或沉默神经元。
这些工具是否越来越接近于在患者身上使用？
现在，我的团队对像帕金森氏症这样的疾病，深部脑刺激是如何起作用的感兴趣。有很多澳门威尼斯人注册深部脑刺激及其治疗效果的假设。所以这个想法是，如果你使用光，那么我们就可以了解机制，同时看到神经元如何反应以及它们是如何导致帕金森病的。帕金森氏症患者大脑中的这些神经元倾向于以20赫兹左右的频率振荡或同步。
是大脑里所有的神经元，还是只有帕金森病的神经元？
帕金森氏症在大脑的特定部位。
所有帕金森氏症患者大脑特定区域的神经元都在以20赫兹的频率相互交流？
不是所有的。但不知何故，他们之间的交流比平时多了。
这是奇怪的。
但这就是人们发现的。如果你特别想想帕金森症，它是多巴胺神经元的损失。我们正试图弄清楚多巴胺的丢失是如何导致大脑中产生这些病理振荡的。那么这些振荡和症状的关系是什么呢？
其他神经系统疾病有不同的病理振荡吗？
这是个好问题。我们能否建立某种振荡作为特定精神障碍的生物标志物？我认为这绝对是一个非常有趣的领域。确实有证据表明，40赫兹左右的频率与精神分裂症有关，但连贯的理解真的会有所帮助。
为什么你对帕金森感兴趣？
我认为对于帕金森氏症，我们正处于一个趋同的阶段。帕金森氏症有一个很好的动物模型，它的症状很容易量化，比重度抑郁症或其他类型的精神障碍，比如精神分裂症更容易量化。
你嫁给了Ed Boyden他也是光遗传学的领导者。你们俩合作过吗？
好吧，我们仍然合作。不合作是很难的，对吧？但你知道，我们有两个小孩，所以我们刚开始谈话，就有人洒了牛奶，然后谈话就没了进展。
你会告诉你的孩子你的工作吗？他们感兴趣吗？
当然，我们使用的一些科学术语，我们的保姆是不会真正理解的。今天早上我儿子问我地球是怎么形成的。我告诉他，他出生的时候地球就在这里，我也告诉他我在这里，于是我开始给他解释。很难不这么做。
你认为20到30年后，神经系统疾病的诊断和治疗会发展到什么程度？你的工作将如何融入其中？
很多部件都是可以替换的，但对于大脑，我们还没有做到。在帕金森氏症和阿尔茨海默症中，我们知道神经元正在死亡。我们可以做一些替代吗？如果我们有了一个生物标记，我们就可以开始开发更多的人类疗法。所以这就是我所希望的：我们能在自己老到患上这些疾病之前治疗这些疾病。所以我们得抓紧时间。
芭芭拉莫兰（COM ' 96）是一个科学作家在布鲁克林，马萨诸塞州。可以通过她的网站联系到她WrittenByBarbaraMoran.com．
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