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　　在光遺傳學(xué)中使用多色可見光對多個神經(jīng)元集群進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)對于復(fù)雜的大腦功能和行為的解析。由于可見光對顱骨腦組織的穿透能力較弱，實(shí)驗(yàn)中往往需要植入光纖給光。基于近紅外光可激發(fā)的稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒（UCNPs），則能夠在深組織穿透下避免光纖植入的侵入性。傳統(tǒng)的單色光UCNPs及其混合材料，在單一波長的紅外光激發(fā)下，具有共生的多重波長發(fā)射，不可避免的導(dǎo)致一種近紅外波長的激發(fā)產(chǎn)生多個可見區(qū)譜帶的發(fā)射峰，從而由其介導(dǎo)的多色光遺傳學(xué)對多重神經(jīng)元集群進(jìn)行調(diào)控時會存在干擾，無法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制。

　　團(tuán)隊(duì)開發(fā)了發(fā)了激發(fā)波長特異性響應(yīng)的三色發(fā)射上轉(zhuǎn)換納米顆粒。該材料具備將808 nm，980 nm，1532 nm三種近紅外光轉(zhuǎn)化為一一對應(yīng)的540 nm綠色，475 nm藍(lán)色以及651 nm紅色發(fā)射的能力。并且三組激發(fā)-發(fā)射波長互不干擾。由此得到的近紅外上轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，可以對應(yīng)激活ChR2，C1V1，ChrimsonR三種具有藍(lán)、綠、紅波長活性的光遺傳通道蛋白。通過基因編碼與表達(dá)，可以產(chǎn)生對PV，CamKIIα，SOM神經(jīng)元集群的選擇性神經(jīng)信號刺激響應(yīng)。選擇性的刺激方式具有各個通道的強(qiáng)度獨(dú)立可調(diào)性，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步以雙通道透顱刺激小鼠的運(yùn)動皮層腦區(qū)的方式，實(shí)現(xiàn)了對小鼠的運(yùn)動行為的光調(diào)控。這種三色獨(dú)立正交的上轉(zhuǎn)換材料與獨(dú)立刺激神經(jīng)元產(chǎn)生響應(yīng)的方法為神經(jīng)科學(xué)的信號通路研究提供了新的工具，有助于腦科學(xué)種關(guān)于動物行為神經(jīng)調(diào)控的研究發(fā)展。

圖1. （a）三色正交稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒介導(dǎo)多通道神經(jīng)元獨(dú)立調(diào)控方法示意圖。

（b）三色正交稀土納米顆粒與傳統(tǒng)稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒混合物的結(jié)構(gòu)與激發(fā)發(fā)射波長。

　　參考文獻(xiàn):

　　Xuan Liu#, Heming Chen#, Yiting Wang#, Yueguang Si, Hongxin Zhang, Xiaomin Li*, Zhengcheng Zhang, Biao Yan, Su Jiang, Fei Wang, Shijun Weng, Wendong Xu, Dongyuan Zhao, Jiayi Zhang* and Fan Zhang*. Near-infrared manipulation of multiple neuronal populations via trichromatic upconversion. Nature Communications, 2021, 12, 5662.