如何利用光遗传学技术研究下丘脑的神经核团？
20 世纪末研究者们发现了食欲肽 (Orexin) 及 其受体在调节神经活性和调节摄食行为方面的作用 。之后在动物在体实验中又有研究发现这种神 经元及受体还参与了睡眠与觉醒的转换，并运用 基因敲除技术敲除 Orexin 基因研究其对睡眠状态 的影响。在这些理论的基础上，Ferrari 等将携带有编码 VGAT 启动子和 ChR2 的慢病毒注射 在转基因小鼠的下丘脑外侧区，采用光遗传学技 术调控投射在该区域的 Orexin 能神经元的 GABA 能神经元轴突末梢，从而调控动物在睡眠到觉醒 状态的转换。另有研究者采用小鼠动物模型利用 光遗传学技术激活中缝背核 (dorsal raphe nucleus， DRN) 区五羟色胺能 (5-HT) 神经元，记录 Orexin 能 神经元的突触后反应，结果显示 5-HT 神经元可能通过 5HT1A 受体直接抑制 Orexin 能神经元，也可能通过调控 GABA 能神经元间接抑制 Orexin 能神 经元，进而调节动物的清醒状态以及睡眠状态。 此外也有在体研究用光遗传刺激该核团，来研究 其与应激焦虑相关的行为学表现，同时也引起了睡眠向觉醒的改变 。总之，Orexin 能神经元因 其在脑内投射广泛，在未来的神经环路研究中仍有着重要的意义。
下丘脑外侧区 MCH 神经元与 Orexin 能神经元 在脑内投射区域基本相似，与 Orexin 能神经元在 睡眠觉醒调节中有着互补的作用。在体动物实验中 用光遗传学方法刺激 MCH 神经元可增加非快速动眼睡眠期 (non-rapid eye movement sleep，NREM) 及 快速动眼睡眠期 (rapid eye movement sleep，REM) 的睡眠时间。2016 年有研究结果显示，在大鼠下丘脑注射携带 ChR2 的病毒，利用光遗传学技术 分别采用 5 Hz、10 Hz 和 30 Hz 的蓝光特异性激活 MCH 神经元，可增加夜晚 REM 期及 NREM 期的 睡眠时间，白昼期间仅 REM 期睡眠增加。也有 在体研究指出在光刺激 MCH 后 NREM 期增加并且 脑电图分析出现稳定的慢波 Delta 波，以上两种研 究的不同结果可能是与刺激的频率方式以及刺激 部位不同导致的。MCH 神经元既可促进 NREM 向 REM 期的转换，同时也对 NREM 期睡眠的产生和 维持发挥作用。
MCH 神经元被认为是一种 GABA 能神经元， 释放GABA 抑制下游神经元，最近有研究证实用 光遗传学刺激中隔核外侧区 (lateral septal nucleus， LS) 的 MCH 神经元轴突末端，通过电生理指标发 现 MCH 神经元向 LS 区投射释放谷氨酸使 LS 激活， 而谷氨酸同时激活了其他部位的 GABA 能神经元， 这些 GABA 能神经元也投射到 LS 区并形成了的前 馈抑制机制。之前研究发现只有在睡眠期才可以观察到 MCH 神经元的活动，最近有证据表明它 在觉醒期也有神经活动 。上述发现证明 MCH 神经元不只是一种 GABA 能神经元而且还释放谷氨 酸影响下游神经元，可能参与觉醒期的调节，未来也可以研究 MCH 神经元与 Orexin 之间是否存在 协同作用，并寻找在觉醒期调节方面的相关环路。
结节乳头核是中枢神经系统中组胺的唯一来源，虽然已经知道腹外侧视交叉前区是主要的睡 眠激活中心，也知道组胺能神经元在觉醒中的 作用，但仍然不知道哪些神经环路参与其中。 Williams 等将光遗传学技术与电生理技术结合 来探究 TMN 区组胺能神经元与 VLPO 区 GABA 能神经元在促进觉醒功能中的神经环路，用组氨酸 脱羧酶 -Cre 小鼠结合 ChR2-mCherry 表达在结节 乳头核腹外侧区 (vlTMN) 的组胺能神经元，在光 刺激相应区域后可以用电生理技术记录 vlTMN 神 经元和 VLPO 神经元中的自发抑制性突触后电流 (sIPSC)，发现从 TMN 区释放的组胺通过 H3 受体 可以减少 GABA 能神经元向 vlTMN 神经元的传 入从而对自身进行去抑制，并且组胺能神经元可 以通过 H1 受体激活 GABA 中间神经元从而抑制 VLPO 区 GABA 能神经元对 vlTMN 区的抑制，以 激活 TMN 区神经细胞。VLPO 区神经元和 TMN 区 神经元彼此相互抑制，激活一个相应的会抑制另 外一个的表达。这一结果验证了之前研究中睡眠 与觉醒调节的“触发开关”假说，使睡眠或觉醒 状态转换迅速。Neuron 的一篇小鼠在体光遗传学 研究显示，组胺能神经元以旁分泌形式释放 GABA 来参与睡眠调节，敲除转基因小鼠组胺能神经元中的 VGAT 基因 ( 编码 GABA 转运体 ) 可导致觉 醒期额外增加。这样的自身调节机制可能是为 了使睡眠觉醒趋于一个稳定的状态，防止组胺能 神经过度激活，导致睡眠觉醒调节神经网络紊乱。 也许其他神经元中也有类似的机制，使大脑中神经环路调节稳定。
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