Optogenetic功能磁共振成像

光遗传功能磁共振成像激活区具有极高的针对性。这种专一性提供了什么优势?

光遗传功能磁共振成像捕捉到的高度特异性的大脑激活区域代表了光遗传调制区域启动的神经活动随后传播到的下游靶点。这种特异性是由多种因素共同决定的，主要包括我)病毒表达、光遗传调控范式设计及局部神经元群体的响应特性;2)启动神经活动的强度和时间特性;3)光遗传扰动过程中发生的多尺度自发活动;4)增产部位与下游目标之间结构连接的直接性、密度和驱动/调节特性;V)增产部位与下游目标之间的功能连通性动态6fMRI数据采集(即系统、设置、序列等)及分析方法。使用细胞类型特异性、时空精确和可逆的神经活动启动/操纵，同时通过通用成像设计可视化大规模反应，光遗传fMRI将精确控制的实验与灵活的读出相结合，以查询远程功能神经电路/网络和大规模时空协调的神经活动的各种特性。

虽然一些神经元神经网络是相当局部的，但某些光遗传刺激会诱导全脑的反应。什么时候可以看到它们，它们起什么作用?

大脑是一个非凡的生物信息处理系统，由大量连接到功能特殊的电路和网络的神经元群组成。在活动或休息期间，大脑协调不同时空尺度的局部回路和/或全脑网络的各种神经活动来执行功能。全脑反应可以通过适当刺激显示全脑远程投射的神经元群或启动能够在全脑传播的低频活动来观察。这种全脑反应反映了神经元群的多个下游靶点的招募或受刺激部位的神经活动。它们在全脑状态的动态切换、全脑功能网络通信的选择性调制、分布式信息存储与组织的门控等方面发挥着重要作用。

是否存在使用普通刺激方法很难甚至不可能进行的功能磁共振成像研究?

目前还不可能使用常见的光遗传刺激方法来模拟受试者在体验多感官环境或自然风景时的大脑反应。由于分辨率受到亚毫米级光纤直径的限制，很难进行多点精确的光遗传扰动，也不可能实现单细胞水平的精确光遗传扰动。使用重复方脉冲刺激的常见刺激范式设计也限制了光遗传fMRI研究在检查自然情况下引起的更多生理反应。同时，神经元种群的闭环刺激需要以毫秒级的时间分辨率实时监测局部神经元活动，以确定局部神经元种群或网络的动态状态，这是常规刺激方法难以实现的。

光遗传功能磁共振成像主要是一种临床前技术。这种方法的发现如何转化为临床相关性?

在健康对照中的光遗传功能磁共振成像研究的发现可以提高我们对正常大脑如何工作的理解，并促进将在临床环境中采用的功能磁共振成像/神经成像方法学的发展。同时，利用正常模型与疾病模型光遗传fMRI结果的差异，可以指导诊断技术的发展，阐明疾病的潜在机制。此外，疾病模型中的光遗传功能磁共振成像结果可用于指导治疗干预措施的开发。

我们离在细胞水平上理解神经网络还有多远?

目前，功能磁共振成像还不能达到细胞水平的空间分辨率，然而，技术发展的几个方面可以帮助我们在未来几年在细胞水平上检查神经网络。首先，使用通用的尖端遗传工具结合fMRI在细胞水平上对神经回路进行操作，已经开始为我们提供了在细胞水平上检查扰动神经网络的结果的绝佳机会。其次，细胞级分辨率光学成像和光遗传fMRI的结合将有助于加深我们对细胞级神经网络的理解。第三，随着最近不断发展的精密光遗传刺激方法(如全息刺激)，我们将能够在细胞水平上进行光遗传刺激，同时通过全脑fMRI成像将后续效应可视化。

大脑是一个非凡的生物信息处理系统。

我们将能够在细胞水平上进行光遗传刺激，同时通过全脑fMRI成像可视化后续影响。

吴兴华教授

吴博士是香港大学(University of Hong Kong)林宇教授和生物医学工程系主任。1984年获天津大学电气工程学士学位，1988年获美国威斯康星大学麦迪逊分校医学物理学硕士学位，1993年获美国加州大学欧文分校放射科学博士学位。从1990年到2003年，吴博士在纽约哥伦比亚大学担任助理教授，后来担任放射学和生物医学工程副教授。吴博士于2003年移居香港大学。主要研究方向包括核磁共振生物物理学、重建算法、先进生物医学应用和无障碍医疗系统工程(bob平台靠谱吗www4.hku.hk bisplab /)．目前，他的主要研究重点之一是通过将功能、弥散和光谱MRI与电生理学、行为评估和光遗传学等神经调节方法相结合，开发最先进的功能MRI方法，用于探测啮齿动物模型中的脑回路和功能。Wu博士是ISMRM、IEEE和AIMBE的当选院士。Wu博士自2011年起担任NMR in Biomedicine (NBM)的亚太编辑。