9.5.2　基于光热特征的调控技术

光作用于人体或细胞时，除了会与光敏感通道发生作用外，不可避免地会产生热效应。研究表明，细胞内环境的温度也会影响细胞活动，因此基于光的热效应特征也被用于调控神经活动。

光热效应的本质是能量传递，研究其分子机制的关键是找到获得光能量的受体。目前利用光热效应进行光调控的技术主要是近红外光调控技术，与其他波段的光相比，生物体对近红外波段的光有较高的吸收系数，因而能够吸收更多的能量。生物体内的近红外光受体主要有两类：一是线粒体中的细胞色素C氧化酶，另一种便是存在于各类结构中的水分子。细胞色素C氧化酶主要吸收810～950 nm的红外光波段，以增强线粒体活动，产生更多的ATP和活性氧，从而促进细胞代谢活动；而水分子主要吸收950 nm及以上波长的红外光能量。研究表明，红外光激活神经元的原理是光热效应直接或间接影响跨膜离子通道的活动，从而引发动作电位［13］，而光热效应的主要介导物便是离子通道中的水分子。例如，在一项红外光刺激对听神经激活效应的研究中，便发现了名为TRPV1（辣椒素受体）的热敏离子通道，这种离子通道中的薄纳米水层是该热敏离子通道感受红外光刺激的关键。

早期的研究通过直接改变温度同样能够对离体神经元电活动产生影响，很好地支撑了光热效应的观点。此外，相较于直接通过温度变化对神经元进行刺激，光热效应引起的刺激具有更高的空间分辨率，便于实现靶向调控。目前使用红外光的神经调控技术在外周神经刺激方面已经取得卓有成效的进展，研究者们正在试图将其应用于中枢神经系统的调控。红外神经调控由于无须依赖生物学手段进行外源光敏蛋白转导，故而更有希望成为非侵入式光调控手段，应用于临床疾病的治疗［14］。