Page 63 - 《中国医疗器械杂志》2026年第1期
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Chinese Journal of Medical Instrumentation                                         2026年 第50卷 第1期

                                                    综     合     评    述



              速光开关控制功能。在特定波长的光信号（如约                              3.2    临床应用展望
              470 nm波长的蓝光）照射刺激下，工程化离子通道                             光遗传学BCI技术凭借其可双向调节神经元活
              被打开，允许大量阳离子进入，导致神经元兴奋激                            动、提升神经元可塑性的光遗传学刺激特性，为多
              活触发动作电位。抑制型光敏通道蛋白则可以阻断                            种疾病的临床治疗应用提供了新思路。
              神经传导，如将光敏氯离子泵盐细菌视紫红质                                  已有研究表明开环控制光遗传学刺激装置对抑
             （                                                  郁症的治疗是有效的，利用光和基因工具来抑制或
               NpHR）用约570 nm波长的黄光进行光照刺激
                             −
              时，氯离子（Cl ）进入神经元细胞，从而关闭光                           刺激大脑内的特定神经元或通路，为抑郁症的临床
                                                   [39]
                                                                                  [45]
              敏离子通道起到抑制神经元兴奋的作用 。如图5                            治疗提供了潜在途径 。这项研究揭示了抑郁症背后
              所示，此类具备细胞类型特异性的光学神经调控方                            的复杂神经环路机制，重点聚焦于内侧前额叶皮
              式，为脑机接口技术提供了拥有亚细胞精度的神经                            质（mPFC）与腹侧被盖区（VTA）的相互作用。
              编解码工具。                                            同时，研究强调了多种脑区、细胞类型、神经递质
                                                                系统及神经通路在抑郁症状表现中的共同作用。

                          Blue light   Yellow light
                                 K +                                同样，闭环控制光遗传学BCI技术对脑卒中、
                                             NpHR
                          ChR2
                                                                癫痫以及神经性疼痛疾病方面的临床治疗也有着巨
                                                                大应用前景。已研发的一款通过结合皮质脑电图和
                             Na +          Cl −                 荧光成像技术的光遗传学BCI系统，成功地应用于
                                                                                                  [46]
                图5   光遗传学双向调控的两种光敏离子通道作用机制                      非人灵长类动物的脑卒中检测与调控 。该系统通
              Fig.5  Mechanisms of two photosensitive ion channels for bidirectional  过荧光成像来检测血流，当检测到主要的脑血管血
                             regulation in optogenetics
                                                                流量大幅下降时，输出装置会通过刺激血管耦合神
                  光遗传学BCI技术的发展研究常被分为开环控                         经元以调节血管舒张。相似的装置系统研究实现了
              制和闭环控制两种类型。开环控制光遗传学BCI已                           检测准确率超90%的急性癫痫与慢性癫痫的精准分
              广泛应用于神经机制的研究              [40-41] ，通过外部光学设        类，并通过比例加偏移控制算法驱动光遗传学设备
              备，如激光器、光纤或微型发光二极管（μLED），                          实施光刺激，有效抑制了癫痫发作。随后，科研人
              向大脑提供精确光刺激，改变电生理信号等各种状                            员进一步研发了轻量化、微型化、低功耗的头戴式
              态指标，实现干预和诱发神经系统疾病的相关实                             闭环控制光遗传学刺激装置 ，可以通过实时记录
                                                                                         [47]
              验。但是，开环控制的光遗传学BCI系统依赖人工                           大鼠前扣带皮质的电信号来检测疼痛的发作，并在
              调节刺激参数和时间，需培训专业操作人员来做大                            疼痛产生时利用光遗传学刺激激活前额叶皮质。该
              量工作，缺乏像闭环控制的光遗传脑机接口的优                             项研究的干预手段可有效抑制急性机械痛、热痛、
              势。闭环控制光遗传学BCI系统可以实时分析大脑                           慢性炎症引发的疼痛，以及神经病理性疼痛相关的
              状态并提供即时反馈来控制输出设备。其反馈机制                            躯体感觉和情绪感知。
              与期望输出一起调节BCI系统的输入，以确保系统                               此外，光遗传学BCI技术给某些神经退行性眼
              输出与预期输出的一致性和稳定性                [42-43] 。          病致盲患者的视力恢复临床应用带来了全新的发展
                  光遗传学BCI技术正由传统依靠导线、光纤收                         机遇。2021年，研究人员采用了光遗传学技术将携
              集或输入信号向微型化、无线化、低功耗的新型                             带特定光敏蛋白的腺相关病毒载体插入神经元，利
              光遗传学BCI技术方向发展。在光遗传学技术中的                           用光敏通道蛋白使神经元响应光照，从而帮助视觉
              长时间光照生物组织，由于连续的光刺激可能会                             系统受损的患者恢复部分视力 。在此项研究中，
                                                                                            [48]
              产生热量的积累，这样容易损伤组织细胞内正常                             患者佩戴一个工程化护目镜光刺激系统的外部设备
              蛋白的构象。因此，除开发研究具有低光功率调                             后，可实现物体的感知、定位、计数及接触功能。
              控的超高光敏性通道蛋白外，光遗传学BCI技术的                           视觉感知过程中，多通道脑电图在视觉皮质上方记
              硬件光路传输及耦合效率、光电接口信号质量方                             录到了与物体识别相关的神经活动。研究发现，患
              面的提高，也是一个必要的研究发展方向。此                              者在病毒载体注射前及注射后未佩戴特定护目镜装
              外，光遗传学BCI技术中，光敏离子通道蛋白表达                           置时，均无法视觉检测到任何物体。这是光遗传学
                                                         [44]
              对生物体的潜在风险相关研究尚处于空白阶段 ，                            治疗后，神经退行性疾病患者首次实现部分视功能
              未来临床上转基因治疗的安全性和伦理风险的研                             恢复的临床报道，为将来光遗传学BCI技术运用于
              究也应是光遗传学脑机接口技术发展的方向之一。                            视力恢复临床应用场景奠定了基础。


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