光遗传学它利用光敏蛋白(视蛋白)操纵细胞活动，使研究人员能够抑制或刺激神经元放电，并研究对行为的后续影响。该系统是一个特别强大的工具在活的有机体内行为研究因为它是非侵入性的并且提供了对时间和空间的高度控制。
斑马鱼已经成为一种受欢迎的鱼类生物模型因为它们的幼虫阶段很适合神经科学的研究。斑马鱼的幼虫是半透明的，可以通过荧光标记和光敏蛋白的激活进行无创活体成像。此外，在生命的前两周，幼虫已经表现出不同的行为，如自发游泳和逃跑反射。这些特性，加上短的世代时间和高的繁殖力，使斑马鱼成为高通量光遗传学研究的理想对象。
斑马鱼常用的视蛋白
光遗传学功能通过视蛋白，视蛋白是光敏蛋白。视蛋白用于光遗传学研究的非原生脊椎动物，通常是引入斑马鱼通过无人机/ Gal4系统行为研究。在神经科学中，视蛋白是典型的离子通道，当暴露在光线下时，它允许带电粒子穿过细胞膜。神经元的放电取决于这些带电粒子以及它们是否使神经元内部更积极或更消极。
神经刺激:去极化
当神经元内部的电位超过某个阈值时，它就会去极化并发出信号。的非特异性阳离子通道ChR2和钙通道LiGluR都引起离子运动，导致细胞去极化。因此，它们的功能就像神经元的“开关”。
神经元抑制:超极化
相反地，当神经元内部的负电荷增加时，就不太可能被激活，这被称为超极化。氯泵NpHR引入负氯离子，使电池超极化。因此，它的功能相当于神经元的“关闭开关”。
由于不同视蛋白的峰值吸收波长和对光强的要求不同，研究表明一些通道，如ChR2和NpHR甚至可以同时表达，并且仍然可以被不同的光单独激活(拜尔等人，2009)。
斑马鱼的行为
在斑马鱼受精后5天可以进行几种行为测试，包括逃逸行为和自发游泳。当受到听觉、视觉或触觉刺激时，斑马鱼幼虫会做出明显的c形弯曲反应，以逃避可能的危险(见图)。幼虫也会自发地缓慢游动，它们周期性地左右摆动尾巴，以一种对称的运动向前移动。这种行为不是对任何特定刺激的反应。虽然逃逸反应神经通路已经有了很好的特征，但关于自发游泳还有很多有待发现的地方。
斑马鱼行为研究:识别触发自发游泳的神经元
研究人员Isacoff实验室将光遗传学应用于斑马鱼幼虫，以识别触发CPG(中枢模式发生器)的新神经元(Wyart et al.， 2009)。CPG是一种参与运动的神经回路，它为自发游泳等有节奏的运动生成周期性的运动指令。为此，该实验室使用Gal4/UAS系统在脊髓神经元的不同亚群中表达了LiGluR视蛋白。这就产生了由不同组的神经元组成的鱼线，这些神经元可以被光激活。
然后，当这些不同的神经元群被激活或“打开”时，他们测试了哪种游泳行为，自发游泳还是逃跑。为了区分不同的游泳行为，研究人员测量了5天大的鱼的尾巴运动。将幼虫头部固定在琼脂中，尾部仍游离，照射脊髓的不同部位。通过观察引起类似尾部运动的神经元群，他们能够根据组间重叠的部分，缩小可能导致这种反应的特定神经元群。
他们发现，光刺激Kolmer-Agduhr细胞足以触发自发缓慢前进游泳特有的对称尾部运动。此外，只有身体一侧的Kolmer-Agduhr细胞需要光刺激来驱动完全对称的反应。
Kolmer-Agduhr细胞的功能以前一直是个谜，但通过光遗传学工具箱提供的控制和斑马鱼模型生物的多功能性，Isacoff实验室能够将这些细胞与它们在自发游泳中的关键作用联系起来。
参考文献
艾伦伯格、阿里斯蒂德·B、菲利波·德尔·贝内和赫尔维格·拜尔。“用盐视紫质对斑马鱼行为的光学控制。”美国国家科学院院刊106.42(2009): 17968 - 17973。PubMedPMID: 19805086．公共医学中心PMCID: PMC2764931．
葡萄牙，鲁本等人。透明动物的光遗传学:斑马鱼幼虫的回路功能。神经生物学的最新观点23.1(2013): 119 - 126。PubMedPMID: 23246238．
Wyart, Claire等。"脊椎动物脊髓中行为模块的光遗传学解剖"自然461.7262(2009): 407。PubMedPMID: 19759620．公共医学中心PMCID: PMC2770190。
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