大脑是哺乳动物最复杂的生理结构之一，它由数百万到数十亿个具有不同特性的细胞组成，为了了解这种复杂性，研究单个功能单元的结构和功能，高精度的观察和控制神经活动的工具就极为重要。近年来光遗传学（optogenetic）取得了快速的发展，通过在靶定的细胞中表达光敏离子通道（ChR2），随后通过激活该通道实现对神经元进行精确的时空调控。
虽然目前光遗传技术可以将单个刺激控制在极短的时间内，但是一个刺激可能会激活附近的神经元造成一群神经元的异常兴奋。这种现象显然与体内神经元的活动模式是不同的，因此发展将光刺激控制做到更加精确的单细胞光遗传学技术（single-cell optogenetics）对于探究神经活动模式和认知功能间的因果关系便显得尤为重要。我们课题组聚焦于利用双光子（two-photon）介导的基因编辑技术修饰当前的一些基因组操纵酶使其可以被光诱导，结合光遗传技术并且使用高精度的成像方法，试图在单细胞水平分辨率上观测及控制神经元活动。
此外，尽管双光子成像为组织的观测提供了更好的空间特异性和更深的穿透力，然而由于光发生工具的一些固有缺陷导致了双光子成像和光遗传激活系统的开发仍具有一定的困难，我们希望开发新方法以提高精确度与效率，并将开发自动化的定点刺激相关软件系统以实现在体神经集群的控制。
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