想要更深入地在大脑里进行细胞层级的研究，首先得发明新的神经科学研究方法。我的实验室在2004年创立之初研发出来的光遗传学技术，目的在于解决一个问题：如何能在特定细胞里准确诱发或抑制活动。

光遗传学技术的第一步就是生物学里天马行空的想象：将某个体外物质——一种特殊的基因——从一个生物的细胞运送到另一个生物的细胞里去。这个基因是DNA的某个片段，可以指挥细胞去生产某个蛋白质。在光遗传学技术里，我们从许多微生物（如细菌和单细胞藻类）那里，借用了它们的基因，并且将这个体外物质运送到其他脊椎动物（比如小鼠和鱼）的大脑细胞里。

这听上去是件很诡异的事，但其实它带有清晰的逻辑性和目的性——我们借用这组叫作微生物视蛋白的基因，将其运送进神经元，而它立马就能生成一个可以将光转变为电流的特殊蛋白。正常情况下，这些蛋白被它们的原始微生物宿主用来将阳光转换为电信号或者电能，从而指导水里的藻类细胞游向有阳光的最适宜生存的地方，或者在某些古老的细菌里，它们能创造环境将光转换为能量。相较之下，大部分动物的神经元对光都不会有任何反应，因为没有这个必要——头骨里是一片黑暗，无光。

通过光遗传学方法，我们使用基因技术让大脑里特定部位的神经元生产这些外来的微生物蛋白，这些拥有微生物蛋白的脑细胞就变得与它们相邻的细胞不太一样了。此刻只有这些被基因修改过的神经细胞能对光作出反应，而这就是运用光遗传学技术的结果。

因为电流是神经系统里传递信息的基本单位，当我们通过一根细小的光纤或者全息显示器投影，将激光投射进动物的大脑里，通过这些已经被修改过的神经细胞去改变电信号，动物的行为也会就此发生惊人的变化。借此我们可以探索目标细胞完成大脑特定功能的能力，比如感知和记忆能力。最终的结果证明这些光遗传学实验在神经科学领域非常实用，因为我们可以将局部的单个细胞活动与大脑全局联结在一起。

（本版作者系斯坦福大学生物工程及精神病学与行为科学教授，全文摘编自《照亮破碎之心》前言。）