亲手设计一个光遗传学实验：选视蛋白和靶细胞，打光，用 PSTH 区分直接与经突触的间接效应，再加药阻断突触来验证。可拖动光纤、监听放电。
这一页是一个小实验台。画面里是约 1 mm 宽的一片皮层，从侧面看：32 个锥体细胞（三角）和 8 个 PV 中间神经元（圆），彼此有突触连接。锥体细胞是兴奋性的，PV 细胞是抑制性的、放电很快。
第一步，设计实验。 选一种视蛋白，再选把它装进哪类细胞。真实实验里，这一步靠的是转基因小鼠加病毒：在 PV-Cre 小鼠脑内注射 Cre 依赖的病毒，视蛋白就只会出现在 PV 细胞里。表达视蛋白的细胞有一圈粗边（ChR2 实线，NpHR 虚线）。
第二步，打光。 按「开始刺激」。光纤从上方插进组织，光主要向下照，越远越弱。可以拖动光纤，或在空白处点一下把它移过去；键盘用户先把焦点放到脑片上，再用方向键移动。点任意一个细胞，下面会显示它的膜电位。
第三步，看结果。 放电栅格显示最近一秒每个细胞的放电。旁边的 PSTH 把每个脉冲之后的 40 ms 叠在一起：早而尖的峰是直接响应，晚而宽的峰是经突触传过去的间接响应，低于虚线（光照前的水平）是抑制。 表格把同样的判断写成文字和数字。
第四步，做对照。 勾选「阻断突触」，相当于往浴液里加 NBQX 和荷包牡丹碱，切断兴奋性和抑制性突触。药物本身就会改变自发放电，所以页面会先停一秒刺激，在新条件下重新测量光照前的放电率，然后自动恢复。
值得一试的几组：
勾选「监听示踪细胞」后，那个细胞的每次放电都会变成一声「咔」，就像电生理实验室里接在放大器上的音箱。锁相时你会听到整齐的节拍，自发放电时则是零散的声响。声音默认关闭。
暂停后，「前进一步」推进 50 ms 物理时间；慢动作只放慢播放，读数始终是物理时间。系统若设置了减少动效，页面会默认暂停。快捷键：空格暂停，L 开关刺激，焦点在脑片上时用 [ 和 ] 切换示踪细胞。
画面里的光晕不随脉冲闪烁：屏幕上每秒闪 5 到 80 次的大块亮光可能诱发光敏性癫痫。脉冲只用光纤尖端的小圆点、栅格图顶上的色条和膜电位图上方的刻度表示。
神经科学长期有一个工具上的难题：电极能让神经元放电，却分不清刺激的是哪一种细胞。不同类型的神经元挤在一起，一根电极周围既有兴奋性细胞、抑制性细胞，也有路过的轴突。1979 年，弗朗西斯·克里克写道，这个领域需要一种方法，能只开关某一类细胞而不碰其他细胞。后来他还猜过，光也许能做到。
答案来自藻类和古菌。衣藻用通道视紫红质感光，这种蛋白本身就是离子通道，蓝光一照就打开，让阳离子流进细胞。2003 年 Nagel 等人确认了 ChR2 的这个性质；2005 年 Boyden、Zhang、Deisseroth 等人把它装进培养的海马神经元，用毫秒级的蓝光脉冲让神经元按指令放电。两年后，来自嗜盐古菌的氯离子泵 NpHR 加入进来，黄光一照就把氯离子泵进细胞，让细胞安静下来。
特异性来自基因，而不是来自光。 光照到了所有细胞，但只有带着视蛋白基因的细胞会直接反应。这一页的第一步就是这个选择。电极对照则是没有这层筛选时的样子。
但「只控制一类细胞」不等于「只影响一类细胞」。 神经元连成环路。激活锥体细胞，会经由突触带动 PV 细胞；压住 PV 细胞，锥体细胞会失去刹车。所以一篇光遗传学论文里，研究者常要回答这样的问题：这个效应是光直接造成的，还是经过了别的细胞？常用的两条证据，这一页都能看到。一是潜伏期：直接响应在光照后几毫秒内出现，而且很稳定；每多经过一个突触，就再晚一到两毫秒，时间也更分散。二是药物：阻断突触以后还在的效应才是直接的。
时间精度来自蛋白的动力学。 ChR2 关上大约需要 10 ms，所以几十赫兹以内，它能让神经元一个脉冲放一次电；再快，上一次的电流还没退，脉冲就开始落空。后来工程化的 ChETA、Chronos 等变体关得更快，就是为了把这个上限推高。
光遗传学因此成了检验因果的工具。记录只能告诉你「某类细胞放电的时候，动物在做某件事」；光遗传学可以反过来问「让这类细胞放电，动物会不会做那件事？让它们沉默，那件事会不会消失？」。2009 年，Tsai 等人用这种办法证明，多巴胺神经元的阵发放电本身就足以让小鼠形成位置偏好；同年，Cardin 等人和 Sohal 等人发现，用光驱动 PV 细胞能在皮层里诱发 γ 振荡。这一页的第二组实验，就是那类实验的极简版本。
神经元是带适应的积分放电模型，不是 Hodgkin–Huxley。 两类细胞只在膜时间常数、不应期、适应和背景输入上不同；没有树突，没有钠通道失活，也就没有去极化阻滞。放电是阈值事件，波形是画上去的。
突触是电流型的指数突触，延迟固定为 1.5 ms。 连接概率和权重是为了让环路效应看得见而选的，不是从某个脑区测来的。真实的抑制有分流作用，真实的突触会易化或抑制；这里都没有。四十个细胞也远小于真实环路，没有振荡。
药物是一个开关。 真实的 NBQX 和荷包牡丹碱需要几分钟才能起效，也很少能阻断得干干净净；这里一秒就切换，阻断是完全的。
视蛋白的动力学是简化的。 ChR2 用三态模型（关、开、脱敏），参数取 τ_off ≈ 10 ms、脱敏约 300 ms、恢复约 1 s 的量级；真实 ChR2 有两个开放态，不同变体的数值也不同。NpHR 的强度取的是 eNpHR3.0 这类改良版本的量级，只有一个激活分数，没有模拟数秒照射后的失活，也没有停光后的反跳放电。
光谱交叉是近似的。 ChR2 在 590 nm 处的响应设为 0（真实值只有百分之几）；NpHR 在 470 nm 处保留峰值的三成左右，这一点是真实的，也是同时使用两种视蛋白时要小心的地方。
光的传播是示意。 光强按每 0.25 mm 衰减到约 37% 的指数曲线下降（1 mm 处剩约 2%，与灰质中蓝光的量级相近），方向上用 cos² 近似一个被散射展宽的光锥。真实组织里的衰减还与波长、光纤数值孔径和组织类型有关。
同一颗种子，换设计就是「换一只病毒」。 为了让不同设计可以直接对比，切换设计时细胞的位置、连接和噪声都不变，只改变谁表达视蛋白。真实实验里每只动物都不一样。
没有发热和光毒性。 长时间高功率照射会让组织升温，本身就能改变放电；高表达量也可能伤害细胞。这些都是真实实验要做对照的东西，这里没有模拟。
数字不是实验数据。 放电率、潜伏期和跟随率只在这个模型里成立，量级与文献相近，不要拿来与具体实验逐项比较。