神经科学

单个人脑包含超过1000亿个神经元。这些神经元形成一个具有超过100万亿个连接或者突触的复杂网络，它们发送电脉冲来控制肌肉和器官，以及执行认知功能。神经科学的首要目标不仅是了解物理结构，更重要的是理解大脑的功能，尤其是神经元之间的交流方式。理解这些联系可以揭示神经网络背后的基础科学，从而可以帮助治愈帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等疾病。

光敏感通道(ChR2)的发现激发了光遗传学的第一次实验，并且开启了利用光控制神经元活动的可能性。ChR2是一种视蛋白，一类由不同离子通道组成的蛋白质，这些通道能够使用光开启和关闭（即光活化或者光激励），并且能够在包含它的神经元中引起不同的信号效应。当生物体经过基因改造使其神经元含有视蛋白时，可以通过使用强光照射细胞来触发神经元活动。通过光活化，ChR2通道将阳离子泵入细胞，导致细胞膜上的电压（动作电位）增加并且激励细胞。这会导致神经递质的释放和相邻神经元的信号传导。这个过程是可重复的，可以进行多次而不会对细胞造成损害。为了活化单个细胞，需要超快激光器和2PF显微镜。通过将光束聚焦到神经元膜周围的一个小点，可以传递足够的能量以达到神经元活化的阈值。