神経科学

一人の人間の脳には、1,000億を超えるニューロンが含まれています。これらのニューロンは、100兆を超える接点またはシナプスを持つ複雑なネットワークを形成し、筋肉や臓器を制御するため電気インパルスを送信し、認知機能を実行します。神経科学の包括的な目的は、物理的構造だけでなく、より重要なことは、脳の機能、特にニューロン間のコミュニケーション手段についての理解を深めることです。これらのつながりを理解することで、パーキンソン病やアルツハイマー病などの病気の治療につながる可能性のあるニューラルネットワークの背後にある基礎科学を明らかにすることができます。

Channelrhodopsin-2 (ChR₂)の発見は、光遺伝学の最初の実験を促進し、光を使用して神経活動を制御する可能性を開きました。ChR₂ はオプシンであり、光を使用して開閉できるさまざまなイオンチャネル、つまり光活性化または光刺激で構成されるタンパク質のクラスであり、それを含むニューロンでさまざまなシグナル伝達効果を引き起こします。ニューロンにオプシンが含まれるように生物が遺伝子操作されている場合、明るい光を使用して細胞を照らすことにより、ニューロンの活動を引き起こすことができます。光活性化を通じて、ChR₂チャネルは陽イオンを細胞に送り込み、細胞膜の両端の電圧(活動電位)の増加と細胞の発火を引き起こします。これは、神経伝達物質の放出と隣接するニューロンのシグナル伝達を引き起こします。このプロセスは繰り返し可能であり、細胞に損傷を与えることなく何度でも行うことができます。単一の細胞を活性化するためには、超短パルスレーザーと2PF顕微鏡が必要です。ニューロンの膜の周りの小さなスポットにビームを集束させることにより、ニューロンが活性化するしきい値に到達するのに十分なパワーを供給することができます。