長(zhǎng)久以來，要實(shí)現(xiàn)刺激大腦神經(jīng)元只能依靠植入電極這種不精確以及難控制的技術(shù)，這種技術(shù)創(chuàng)傷性大，有感染和出血等危及生命的風(fēng)險(xiǎn)，有很強(qiáng)的副作用，并且很難實(shí)現(xiàn)大腦特定神經(jīng)核團(tuán)以及某種特定神經(jīng)細(xì)胞類型的激活。但即使這樣，腦深部刺激(DBS)通過植入電極刺激大腦控制運(yùn)動(dòng)的相關(guān)神經(jīng)核團(tuán)，控制異常神經(jīng)電活動(dòng)，在治療帕金森癥上取得了巨大的成功。

2005年光遺傳學(xué)(Optogenetics)的出現(xiàn)迅速席卷整個(gè)神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域。光遺傳學(xué)技術(shù)通過轉(zhuǎn)基因的手段將一個(gè)能夠感受光刺激的離子通道蛋白表達(dá)到神經(jīng)細(xì)胞中，用光來自由地控制神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)。這個(gè)新的光控方法能高度精確地實(shí)現(xiàn)對(duì)特定類型神經(jīng)元的刺激，但是受到光穿透深度的限制，對(duì)活體動(dòng)物的大腦進(jìn)行光刺激還依賴于光纖的植入，創(chuàng)傷性大，并且攜帶不方便。

全世界的神經(jīng)科學(xué)家們一直在致力于尋找更好的非入侵性的神經(jīng)調(diào)控方法，如通過使用超聲波或磁場(chǎng)。在認(rèn)知科學(xué)中經(jīng)常使用的經(jīng)顱磁刺激(TMS)就是利用強(qiáng)大的磁脈沖誘導(dǎo)大腦局部產(chǎn)生電流，這種方式雖然是非侵入性的，但是精確度和可控性遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到控制指定神經(jīng)元的水平。而能夠像光遺傳一樣用磁場(chǎng)來調(diào)控神經(jīng)元的活動(dòng)一直局限于通過加熱磁納米顆粒(如)，來刺激熱感離子通道，這種方式對(duì)細(xì)胞毒性較大，且不能持續(xù)刺激。

兼具光遺傳技術(shù)精準(zhǔn)性的優(yōu)勢(shì)和TMS技術(shù)非侵入性的優(yōu)勢(shì)的磁遺傳技術(shù)(Magnetogenetics)開辟了一個(gè)激動(dòng)人心的神經(jīng)調(diào)控新領(lǐng)域。這一技術(shù)通過基因打靶將一種磁性蛋白導(dǎo)入神經(jīng)細(xì)胞，這種磁性蛋白由于包含鐵硫簇，在外界磁場(chǎng)的作用下可以通過產(chǎn)生張力打開細(xì)胞膜上的離子通道，引起神經(jīng)元去極化，誘發(fā)動(dòng)作電位。我們將這個(gè)磁性蛋白與超靈敏鈣指示劑共同表達(dá)在海馬神經(jīng)元中，施加外部磁場(chǎng)，便能通過鈣指示劑熒光強(qiáng)度的升高觀測(cè)到神經(jīng)元的活動(dòng)。此外，磁場(chǎng)控制神經(jīng)元的活動(dòng)可能依賴于磁場(chǎng)的方向以及磁場(chǎng)的打開和關(guān)閉，對(duì)于不同方向的磁場(chǎng)刺激，以及磁場(chǎng)的開關(guān)，神經(jīng)元有不同的反應(yīng)模式。全細(xì)胞膜片鉗記錄的神經(jīng)元的電信號(hào)顯示外界磁場(chǎng)可以使表達(dá)磁感應(yīng)受體的神經(jīng)元去極化，從而引起動(dòng)作電位。并且線蟲在體實(shí)驗(yàn)顯示，通過肌肉細(xì)胞特定的啟動(dòng)子myo-3將這個(gè)磁性蛋白導(dǎo)入線蟲的肌肉細(xì)胞內(nèi)，外加磁場(chǎng)可以觸發(fā)線蟲肌肉收縮;通過神經(jīng)細(xì)胞的特定啟動(dòng)子mec-4將磁性蛋白導(dǎo)入觸覺神經(jīng)元，外界磁場(chǎng)的刺激可誘發(fā)線蟲后退的行為，證明磁遺傳學(xué)在活體運(yùn)用的可行性和有效性。

我們發(fā)明的磁遺傳學(xué)作為神經(jīng)活動(dòng)調(diào)控工具，具有明顯的優(yōu)勢(shì)：無損傷、高穿透性、可長(zhǎng)久持續(xù)刺激、無空間限制、空間均勻性和相對(duì)安全性。磁遺傳技術(shù)中，需要誘導(dǎo)神經(jīng)元產(chǎn)生電活動(dòng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，比功能核磁共振的磁場(chǎng)強(qiáng)度要小一千倍，因此更安全，而又比地球磁場(chǎng)大十倍，因此不受地磁場(chǎng)干擾。通過病毒感染、電穿孔轉(zhuǎn)染及轉(zhuǎn)基因技術(shù)等，磁遺傳學(xué)可以遺傳控制磁性蛋白的合成，實(shí)現(xiàn)非侵入性地傳感、控制和驅(qū)動(dòng)神經(jīng)元電活動(dòng)和其他生物過程。如果能夠安全有效地將基因轉(zhuǎn)入到大腦中，基于磁遺傳學(xué)的治療方法將能直接應(yīng)用于治療人類疾病。

磁遺傳學(xué)作為強(qiáng)有力的神經(jīng)調(diào)控工具，可以推進(jìn)對(duì)大腦神經(jīng)環(huán)路及編碼的理解，加深對(duì)感知、行為及意識(shí)的研究，并有助于加深對(duì)神經(jīng)性疾病如阿茲海默氏癥、帕金森氏癥、自閉癥等的了解和新療法的研發(fā)。在未來，基于磁場(chǎng)刺激的無損便攜的腦起搏器、心臟起博器等醫(yī)療器械將成為可能，它的普及將極大地減輕病人的生理痛苦和經(jīng)濟(jì)壓力，真正造福人類。

每一次神經(jīng)科學(xué)方法的突破都會(huì)帶來神經(jīng)科學(xué)研究新的浪潮，繼高爾基銀染色技術(shù)、電極刺激和記錄、功能性核磁共振、光遺傳學(xué)的發(fā)明之后，磁遺傳學(xué)的發(fā)明或許將掀起神經(jīng)科學(xué)的第五次革命。過去十年里，光遺傳學(xué)顛覆性地改變了神經(jīng)科學(xué)以及人類對(duì)大腦的認(rèn)知，而磁遺傳學(xué)具有比光遺傳學(xué)更好的應(yīng)用前景，尤其是在臨床應(yīng)用上更是有光遺傳學(xué)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。正如光遺傳學(xué)通過了十年之久的改善取得的飛速進(jìn)展一樣，隨著磁遺傳學(xué)的發(fā)展和成熟，磁遺傳學(xué)將極大地推動(dòng)基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)，轉(zhuǎn)化神經(jīng)科學(xué)以及其它生物科學(xué)的發(fā)展。

謝燦和我的工作屬于完全不一樣的研究領(lǐng)域和方向，但是一些媒體報(bào)道將磁遺傳與磁感應(yīng)混為一談，誤導(dǎo)大眾，造成我'搶發(fā)'謝燦磁感應(yīng)方面研究成果的假象?？梢钥吹剑鲜鑫艺?wù)摰?磁遺傳'研究其實(shí)是發(fā)展用于調(diào)控神經(jīng)元活動(dòng)的研究工具，與自然界中生物利用地磁場(chǎng)定位的'磁感應(yīng)'研究不存在沖突。

我的文章并沒有撤稿，并且Nature Materials也知道這一情況，但是并沒有影響謝燦文章的發(fā)表，也就說明我和他論文內(nèi)容完全不同，不存在媒體大肆渲染的'搶發(fā)'。他的研究發(fā)現(xiàn)了果蠅體內(nèi)某一特定的鐵硫蛋白Isca1(他重命名為MagR)，能在體外與已知和磁感應(yīng)相關(guān)的Cry蛋白結(jié)合形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，并且證明這兩種蛋白同時(shí)存在于鴿子的視網(wǎng)膜中。但是他的體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有證明Isca1復(fù)合結(jié)構(gòu)存在于活體動(dòng)物中，或?qū)ι锎鸥袘?yīng)起到任何作用。

其實(shí)想要初步驗(yàn)證他的理論，一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就是敲除果蠅中的Isca1基因，看看是否對(duì)果蠅磁感應(yīng)能力有影響;如果純合致死，還可以檢測(cè)雜合子的果蠅行為;同時(shí)，也可以用核糖核酸干擾技術(shù)(RNAi)文庫中已有的對(duì)Isca1基因特異的RNAi來檢測(cè)行為。所以，體外得到的Isca1/Cry蛋白相互作用作為生物磁感應(yīng)的機(jī)制目前只是一個(gè)猜想。

因?yàn)槲液退难芯糠较蛲耆灰粯?，我不想做過多的評(píng)價(jià)，可以參考《自然》等媒體對(duì)他研究?jī)?nèi)容的評(píng)論。

Long, X., Ye, J., Zhao, D. & Zhang, S.-J. Sci. Bull. http://dx./10.1007/s11434-015-0902-0(2015).

http://www./news/discovery-of-long-sought-biological-compass-claimed-1.18803

本文發(fā)表前，《賽先生》編輯把文章中涉及謝燦的部分給謝燦本人過目。從謝燦的回復(fù)來看，他并不認(rèn)同張生家對(duì)他們合作過程的表述，但他沒有具體指出。