Nat. Commun.｜用于微创光遗传学的超薄光纤束

光遗传学的出现开创了神经科学的新时代。在光遗传学研究中，研究人员使用光激活或抑制活体动物中特定的神经元。光遗传学技术与电学生理信息相结合，可以揭开神经元之间在生物正常活动和疾病状态下复杂的互动关系。

在光遗传学研究中，通常使用的光纤截面比电线电极或脑细胞大几个数量级。大的横截面可能会降低记录神经元信息的精度，降低实验结果的精确性。德国的研究人员改进了用于光遗传学的光纤，设计了一种基于超薄光纤的装置，该装置对探测目标周围的脑组织造成最小的干扰（Nat. Commun., doi: 10.1038/s41467-022-28629-6）。

光遗传学操作中，常使用大直径的光纤照亮电极周围的脆弱生物组织和细胞。然而，这种大体积的光纤不仅限制在动物头部施加的通道数量，而且由于植入时的光化学和电磁干扰、光电效应和机械损伤等对生理信息的记录质量产生负面影响。

德国弗莱堡大学光生理学实验室的研究人员David Eriksson提出，将大规模生理信息记录和光遗传学干预同时进行是破译神经元之间快节奏和多方面通信细节的关键。虽然电极的截面经历了大幅的减小，能够从单线记录到如今支持数百个记录通道的巨大发展。但是光纤方面，其在尺寸和通道的数量方面却没有得到完全改善。

为了解决上述问题，Eriksson等人使用了多根超薄的、细胞大小的光学纤维来取代单根等粗的光学纤维。新的多根光学纤维围绕着电极，形成了一个“融合光纤发光和细胞外记录仪（FFLEXR），该装置能够在自由移动的动物体内进行生理记录和刺激。

融合纤维光发射和细胞外记录（FFLEXR）方案。

神经元刺激

FFLEXR采用了超薄光纤，其外径和芯径分别为30微米和24微米，可以连接到硅探头上进行植入。与纤芯直径为200微米的传统粗光纤相比，FFLEXR的光纤移动更灵活，弯曲半径小得多，从而动物可以不受约束地移动。实验装置还包括一个轻质的光纤矩阵连接器，一个用于高效多通道刺激的光学换向器，以及一个通用的跳线。这种方法使得装置更为灵活，即可以在外部更换的光源，使用任何需要的波长，从而能在脑组织的不同深度进行光遗传刺激。

研究人员通过在自由活动的小鼠和大鼠身上同时进行光遗传学操作、电生理记录和行为读出来验证他们的系统。在这两种情况下，动物都被植入了多根微创超薄光纤以及用于高质量细胞外记录的层状探头。

研究人员的下一步研究计划时扩大FFLEXR的应用面积，实现全脑表面记录和光遗传刺激。此系统除了记录神经元的活动信息，还有可能成为一种空间分辨率调节神经信号的方法，为理解和研究多种疾病奠定了基础。