光遺傳學(xué)(Optogenetics)是通過光控制神經(jīng)細(xì)胞活動，比如誘發(fā)活體動物腦中某一類細(xì)胞按照某一特定頻率發(fā)放。光遺傳學(xué)由斯坦福大學(xué) Karl Deisseroth教授2005年發(fā)明，在2010年分別獲得 Golden Brain Award 和 Nature methods 年度獎項。該技術(shù)的關(guān)鍵是：先給動物的某種特定細(xì)胞轉(zhuǎn)入一種特殊基因，這種基因表達(dá)產(chǎn)物能夠?qū)Σ煌伾獾拇碳ぷ鞒雒舾械姆磻?yīng)，再利用不同顏色的激光照射來激活或者抑制細(xì)胞的功能。該技術(shù)的本質(zhì)是將光敏感離子通道通過遺傳工程技術(shù)轉(zhuǎn)到特定目標(biāo)細(xì)胞內(nèi)，用光線激活該離子通道達(dá)到細(xì)胞膜去極化形成動作電位的目的。在人體的視網(wǎng)膜中也存在天然的光敏感細(xì)胞。

癱瘓可能是大腦控制運動的中樞功能障礙，多見于外傷和中風(fēng)。也可能是脊髓運動神經(jīng)元壞死和功能障礙。脊髓側(cè)梭硬化就是脊髓運動神經(jīng)元進(jìn)行性壞死導(dǎo)致的癱瘓，被稱為漸凍人。外傷也可以導(dǎo)致來自脊髓上游和大腦的運動神經(jīng)纖維斷離無法控制運動神經(jīng)元出現(xiàn)癱瘓。目前光遺傳學(xué)已經(jīng)成為神經(jīng)生物學(xué)研究刺激神經(jīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法，但在非神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用并不多。除神經(jīng)以外，身體內(nèi)依靠離子通道實現(xiàn)調(diào)節(jié)的細(xì)胞非常多，這些細(xì)胞理論上都可以借用這種技術(shù)。如果用人工方法激動失去神經(jīng)控制的肌肉細(xì)胞，結(jié)合自動化控制，能實現(xiàn)人工控制人類肌肉運動的目的。zui近科學(xué)家就是將光遺傳技術(shù)用于癱瘓治療的研究。這一研究2015年6月2日發(fā)表在《自然通訊》上。目前該研究主要是作為肌肉功能的分析，經(jīng)過深入研究或許能用喉神經(jīng)癱瘓導(dǎo)致的呼吸困難。
從事神經(jīng)肌肉相互作用的加洲大學(xué)洛杉磯分校Julio Vergara教授認(rèn)為這一研究非常好。顯示了這一強(qiáng)大的技術(shù)用于非神經(jīng)系統(tǒng)的潛力。
 論文作者曾經(jīng)將光遺傳技術(shù)用于心肌細(xì)胞，利用光刺激干擾心電，制造人工心律失常，過去這類模型需要用電流刺激，而且目標(biāo)不夠集中，成功率比較低。研究是從心肌轉(zhuǎn)移到骨骼肌。是不是將來轉(zhuǎn)移到平滑肌或胰島素分泌細(xì)胞上去？
骨骼肌和心肌的特點不同，每個肌肉纖維獨立運行，以實現(xiàn)精細(xì)的運動控制。論文作者德國波恩大學(xué)生理學(xué)家Philipp Sasse等將光敏感離子通道蛋白channelrhodopsin的基因轉(zhuǎn)到小鼠骨骼肌細(xì)胞，由于再體骨骼肌細(xì)胞不容易實現(xiàn)無創(chuàng)光照，他們采用體外細(xì)胞進(jìn)行分析。
他們所以首先選擇喉肌肉細(xì)胞是因為考慮到喉返神經(jīng)癱瘓能導(dǎo)致不同程度的呼吸困難。喉返神經(jīng)癱瘓可能因為甲狀腺手術(shù)損傷到喉返神經(jīng)。因為電刺激無法選擇肌肉，導(dǎo)致無法有效治療該疾病。利用光線進(jìn)行刺激肌肉細(xì)胞，則可以避免電刺激存在的度不足的缺陷。光遺傳學(xué)技術(shù)理論上能實現(xiàn)各種神經(jīng)肌肉運動功能障礙。許多運動神經(jīng)功能障礙的患者雖然神經(jīng)功能丟失，但肌肉仍然保持正常。
當(dāng)然這種技術(shù)也能作為肌肉電生理的研究，用于分析電信號如何產(chǎn)生肌肉收縮，許多實驗研究利用電刺激作為肌肉收縮的誘導(dǎo)信號。而電刺激往往無法實現(xiàn)控制。光刺激則可以解決這個問題。
Sasse等計劃明年用豬進(jìn)行再體研究，以克服小鼠體積小的局限。豬的實驗是人體實驗的過渡。