一种高光敏感光学神经消音器：发展及其在非人灵长类动物皮层的光遗传学控制中的应用

用于沉默大脑中基因靶向神经元电活动的技术对于评估特定细胞类型和通路在行为和病理中的贡献至关重要。最近，我们发现来自Halorubrum sodomense（Arch）的古紫质蛋白3，当在神经元中基因表达时，可以使它们以强效、短暂和重复的方式对光脉冲进行沉默。由于Arch的显著特性，我们探索了与Arch具有高序列同源性的古菌紫质蛋白在光遗传学中的实用性。我们发现来自Halorubrum菌株TP009的古紫质蛋白，我们称之为ArchT，可以介导与Arch类似最大振幅的光电流（约900 pA），但在光敏感度上提高了>3倍，相当于典型单光纤所覆盖的脑组织体积的>2倍（特别是在典型的光遗传学范围1-10 mW/mm2内）。在小鼠或 rhesus猕猴皮层神经元中表达时，ArchT在神经元膜上表达良好，包括优秀的信号向神经轴突长距离转运。高光敏感度促使我们探索ArchT在rhesus猕猴皮层中的功能。在清醒的rhesus猕猴大脑中，对ArchT表达神经元的光学干扰导致大多数记录细胞的快速和完全（~100%）沉默，被抑制的细胞在照明时的中位发射率为0次脉冲/秒。一小部分神经元在光刺激后长延迟下表现出增加的发射率，这表明存在一种网络级神经活动平衡机制。强大的网络活动抑制表明，ArchT消音技术不仅在神经回路的因果分析中将大有用处，并且可能具有治疗应用。