光遗传学是近年来深刻改变神经科学研究格局的新方法，为深入理解人脑功能开辟了全新途径。该技术使研究者能够以极高的精度考察特定脑细胞内的神经活动模式如何产生思想、行为与记忆，从而为抑郁症、成瘾、精神分裂症和帕金森病等神经与精神疾病的防治研究提供支持。

技术原理

哺乳动物大脑是极为复杂精妙的系统，数千亿个具有不同特性与连接方式的神经元相互交织，以毫秒级电信号和多种生化信使进行信息处理。

神经科学家早在数十年前便已认识到，要更深入理解大脑的实际工作方式，需要一种方法能够只调控某一类脑细胞而不影响其他细胞。基于电极的电刺激难以满足这一要求：电极作为工具过于粗糙，会在插入位点刺激所有神经回路而无法区分细胞类型；更关键的是，其信号无法精确关闭神经元。光遗传学为这一挑战提供了重要解决方案。该方法基于一项发现：体外培养的神经元或活体动物脑细胞可经基因改造表达光敏蛋白（视蛋白）。经光敏化的神经元能够以很高的时间与空间精度被选择性开启或关闭，从而支持对神经网络结构与功能的细致研究。

视蛋白种类繁多、响应特性各异，可分为两类根本不同的类型：一类用于打开离子通道、激活细胞活动，其敏感峰值位于470 nm；另一类用于关闭或抑制细胞活动，其敏感峰值介于550 nm至近红外波段之间，常用的关闭型视蛋白峰值位于590 nm。

实验时，神经科学家先用携带特定视蛋白的病毒感染实验动物的目标脑区；待该脑区对光产生敏感性后，在动物头部安装光纤接口，使激光经光纤传入实验脑区，动物在实验期间可自由活动。

光源选择的关键要求

神经科学家面临的实际挑战在于：既要让选定脑区获得足够光照以达到预期效果，又要避免过度光照，这使得光遗传学光源的选择颇为讲究。激光器显然须具备与视蛋白匹配的波长；同时须有足够的输出功率，并可在较宽范围内调节。功率的时间稳定性极为重要，因为实验可能持续数分钟。此外，光源还必须具备从零至200 Hz的调制能力；尽管调制速率不高，上升时间仍须达到毫秒量级，且调制期间的逐脉冲功率稳定性同样关键。

面向光遗传学的激光解决方案

光遗传学是典型的多学科交叉领域，涉及遗传学、心理学、神经病学以及激光物理与光纤光学，这一特性带来现实挑战：许多光遗传学研究者难以确定适合其具体实验的光源与光纤组件组合。为此，Cobolt与该领域多家知名研究团队紧密合作，开发了面向高端光遗传学实验的定制化激光引擎方案，使激光与光纤经验有限的研究者也能便捷使用。该方案由473、532、561、594或640 nm激光器构成，具备高速、稳定且高开关比的调制能力，均可光纤耦合输出，既可采用单波长激光器，也可将两台激光器同轴合束后耦合至同一光纤。

相关评述文章见诸BioPhotonics等期刊，内容涉及激光器与光学器件在光遗传学研究中的应用，以及激光器与LED在脑研究中的特性比较。

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Cobolt光遗传学激光解决方案：100 mW 473 nm激光器可与594 nm、532 nm、561 nm或660 nm组合，具备高速、稳定的高开关比调制能力，以配备稳定光纤输出的独立单元提供，或经合束后由单一光纤输出。

C-FLEX为紧凑型激光合束器，波长375–1064 nm，功率50–1000 mW，适用于显微镜、拉曼光谱与全息术。

VALO飞秒系列为超快飞秒光纤激光器，脉冲持续时间低至30 fs，功率可达3 W，适用于多光子显微镜、双光子聚合与光遗传学。

Cobolt 06-01系列为即插即用调制连续波激光器，波长375–1060 nm，功率40–400 mW，适用于显微镜、流式细胞术与光遗传学。

Cobolt Skyra为多线激光器平台，波长405–685 nm，功率50 mW与100 mW，适用于显微镜与流式细胞术。