光如何引发大脑活动

光遗传学使用光来控制大脑过程。它基于光控蛋白质，例如通道视紫红质-2，一种在暴露于光线时打开的离子通道，从而激活细胞过程。研究人员现在已经阐明了它的作用方式。

巨大的治疗潜力研究人员认为光遗传学具有巨大的治疗潜力。“可以用光来使盲人看到或治疗帕金森病患者的激动性麻痹，”克劳斯·格威特解释说。

由Peter Hegemann发现，通道视紫红质-2是光遗传学中的中心光活化蛋白。如果将该离子通道应用于神经细胞，则可以通过光打开通道，从而激活细胞。

在过去，科学家们无法就如何激活频道达成一致。“但正是由于对蛋白质中的分子反应以及由此产生的离子电导率的理解，这对于优化蛋白质的潜在应用至关重要，”Gerwert说。

两条平行路径

波鸿和柏林的研究人员通过联合力量，详细了解了该频道的激活方式。通过结合时间分辨傅立叶变换红外光谱，生物分子模拟和电生理实验，他们证明了光激发触发了两种不同的结构 - 而不像之前假设的那样只有一种结构。其中之一导致在光遗传学中使用所需的通道激活。平行路径仅提供弱质子流;然而，曝光时间越长，获得优势越多并且抑制所需的通道激活。因此，光遗传工具很快开始失去其有效性。“如果我们通过实施特定的蛋白质设计来阻断不需要的平行路径，我们可以大大优化光遗传学工具，”Gerwert总结道。

波鸿研究人员对波纹视紫红质的研究进行了研究，他们借鉴了他们在光驱动质子泵细菌视紫红质机制方面的丰富经验，他们在几年前就已经详细解决了这一问题。“就像在细菌视紫红质中一样，蛋白质结合的水分子在质子传导性中起着至关重要的作用，”Klaus Gerwert解释道。