1979年，DNA结构的著名共同发现者弗朗西斯·克里克在《大众科学》杂志上发表了一篇文章，列出了一份技术愿望清单，这些技术对于从根本上改进对大脑处理信息方式的理解是必需的。在他的愿望清单中，首要的是一种控制特定类别神经元的方法，同时，他写道，“让其他神经元或多或少保持不变。”
在过去的几年里，由于光纤和基因工程的复杂结合，克里克关于靶向神经元的愿景开始实现。被称为光遗传学的技术的出现甚至引起了公众的关注，因为它能够改变动物的行为——一个研究小组演示了如何将光导入小鼠的大脑中，从而驱动它无休止地转圈。这种壮举激发了许多公众评论，包括喜剧演员杰·雷诺在2006年开的一个关于光遗传学控制的苍蝇骚扰乔治·W·布什的玩笑。
用升级的激光笔控制下属或配偶对于科幻反乌托邦和深夜幽默可能是必不可少的，但在现实中，光遗传学已经成为为深入了解哺乳动物大脑令人麻木的复杂回路而出现的最重要的新技术。它已经为神经错乱如何导致神经和精神障碍（包括帕金森病和精神分裂症）提供了线索。
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2005年发生了一件具有里程碑意义的事件，引起了神经科学界的广泛关注，当时卡尔·戴瑟罗斯及其在斯坦福大学和法兰克福马克斯·普朗克生物物理研究所的同事演示了如何使用病毒将一种名为channelrhodopsin-2的光敏基因传递到特定组的哺乳动物神经元中。一旦配备了从池塘藻类中提取的基因，神经元在暴露于光脉冲时就会放电。克里克清单上的一个项目可以被勾选掉：这个实验以及随后不久进行的实验表明，有可能在几毫秒内触发或熄灭选定的神经元，而不是它们的邻居，这正是它们正常放电的速度。此后，全球数百个实验室采用了戴瑟罗斯的技术。
戴瑟罗斯是一位38岁的精神科医生，仍然每周看一次病人，他进入生物工程领域是因为他对可用于研究和治疗精神疾病和神经退行性疾病的工具不足感到沮丧。“我曾在精神病学中进行过许多脑刺激治疗，这些治疗都因缺乏精确性而受到很大影响。您可以刺激您想要靶向的某些细胞，但您也会刺激所有错误的细胞，”他说。光遗传学不是仅仅观察药物或植入电极的效果，而是让研究人员更接近行为的根本原因。
自2005年以来，戴瑟罗斯的实验室——有时与领先的神经科学小组合作——组装了一个基于channelrhodopsin-2和其他所谓的视蛋白的强大工具包。通过调整细胞膜中通道的打开或关闭，视蛋白可以打开或关闭神经元。分子戏法还可以操纵一种神经元的子集，或控制选定神经元组之间（例如，边缘系统和其他皮层中的神经元组之间）的回路。戴瑟罗斯还改进了传递视蛋白基因的方法，通常是将视蛋白基因和DNA插入病毒中以开启这些基因。
为了激活视蛋白，戴瑟罗斯的实验室将激光二极管连接到到达大脑最深层结构的微小光纤电缆上。与光纤一起植入的电极记录神经元何时放电。“在过去的一年中发生的事情是，这些技术已经从在有限应用中有趣且有用的东西转变为可推广到生物学中任何细胞或问题的技术，”戴瑟罗斯说。
然而，最引人注目的是证明光遗传学与基础科学和医学都相关的实验。在去年10月于芝加哥举行的神经科学学会会议上，伦敦大学学院的迈克尔·豪瑟报告了一项光遗传学实验，该实验表明100个神经元如何触发存储在约100,000个神经元的更大集合中的记忆，这表明该技术可能被用于理解记忆形成。
去年春天，戴瑟罗斯的研究小组发表了一项光遗传学研究，该研究有助于阐明深部脑刺激的工作原理，深部脑刺激使用植入大脑深处的电极来减轻帕金森病的异常运动。该实验质疑了该技术如何工作的领先理论——激活一个称为丘脑底核的区域。相反，电极似乎对从运动皮层和可能其他区域到达丘脑底核的神经纤维发挥作用。这一发现已经促使人们更好地理解如何部署深部脑电极。鉴于其精细的特异性，光电子学最终可能会取代深部脑刺激。
尽管对人类行为的光遗传学控制可能还需要数年时间，但戴瑟罗斯评论说，必须考虑该技术的长远影响：“我没有撰写伦理论文，但我每天都在思考这些问题，即理解和控制什么是欲望、什么是需求、什么是希望可能意味着什么。”
注意：这篇文章最初的标题是“大脑中的光”