美德叁科學家榮獲2026年諾貝爾醫學獎

用“光”控制腦神經細胞，光遺傳學開啓神經科學新時代

【美南新聞泉深】瑞典斯德哥爾摩消息——瑞典卡羅琳斯卡醫學院諾貝爾大會10月5日宣布，將2026年諾貝爾生理學或醫學獎授予美國科學家卡爾·戴塞羅斯（Karl Deisseroth）以及德國科學家彼得·黑格曼（Peter Hegemann）和格奧爾格·納格爾（Georg Nagel），以表彰他們在“光控離子通道和光遺傳學”領域作出的開創性貢獻。

叁位科學家的研究讓人類第一次能夠利用光線，以極高的時間和空間精度“打開”或“關閉”活體大腦中特定神經細胞的活動，爲探索記憶、情緒、行爲以及多種神經和精神疾病背後的大腦機制提供了一把革命性的“光開關”。

叁位獲獎者將共同分享1200萬瑞典克朗、約120萬美元獎金。

一束光，打開大腦的秘密

人的大腦擁有數以百億計的神經元。不同神經細胞通過極其複雜的網絡共同決定人的運動、感覺、記憶、情緒和行爲。

長期以來，科學家能夠觀察哪些區域與某種行爲有關，卻很難精確回答一個更關鍵的問題：

究竟是哪一群神經細胞在什麽時候發揮作用？如果把這些細胞打開或關閉，人的行爲和生理反應會發生什麽變化？

光遺傳學（Optogenetics）的出現改變了這一局面。

簡單地說，科學家首先利用遺傳技術，讓特定神經細胞産生一種對光敏感的蛋白質，然後通過特定波長的光刺激這些細胞。光照射之後，這些蛋白質就像一道可以被光控制的“門”，改變離子通過細胞膜的過程，從而迅速啓動或抑制神經細胞的電活動。

換句話說，過去科學家只能“看”大腦活動，現在則可以利用光線，對特定神經元進行精准操控。

諾貝爾委員會秘書長托馬斯·佩爾曼（Thomas Perlmann）表示，這項技術能夠在活體大腦中打開或者關閉單個神經細胞的活動。諾貝爾委員會認爲，這些發現爲神經科學開創了一個新的時代。

偉大發現竟然來自一種小小的藻類

這一改變現代神經科學的突破，最初並不是從人類大腦開始，而是來自一種不起眼的單細胞綠藻——衣藻（Chlamydomonas）。

上世紀90年代初，德國科學家彼得·黑格曼開始研究一個看似簡單的問題：這種微小藻類爲什麽能夠如此迅速地對光作出反應？

他提出一個大膽設想：可能存在一種特殊蛋白質，它既能夠感受光，又能夠控制離子穿過細胞膜。

隨後，格奧爾格·納格爾通過實驗進一步驗證這一設想。他們的研究最終發現了對光敏感的通道視紫紅質（Channelrhodopsin），其中包括後來對光遺傳學發展至關重要的Channelrhodopsin-2。

2003年，納格爾與黑格曼等人的研究進一步證明，這種來自藻類的光敏蛋白可以被導入其他細胞，並利用光産生電活動。

一個革命性的設想由此出現：

如果能夠把這種“光開關”安裝到神經細胞上，是否就能夠用光控制大腦？

美國科學家把“藻類光開關”裝進神經元

真正把這一發現轉化爲改變神經科學研究工具的關鍵人物之一，是美國斯坦福大學科學家、精神科醫生卡爾·戴塞羅斯。

2005年，戴塞羅斯研究團隊證明，將這種光敏蛋白導入神經元之後，可以利用毫秒級的光脈沖精准控制神經細胞放電。

這意味著研究人員擁有了一種前所未有的工具：

通過遺傳學選擇特定神經細胞，再利用光線精准控制這些細胞。

“光”（Opto）與“遺傳學”（Genetics）結合，由此形成後來震動全球神經科學界的——光遺傳學（Optogenetics）。

到2006年前後，“Optogenetics”這一名稱逐漸確立，一個全新的神經科學研究時代正式開啓。(Reuters⁠)

從“觀察大腦”走向“控制神經回路”

光遺傳學的革命性，在于它不只是告訴科學家“大腦哪裏亮了”，而是可以幫助研究人員驗證某些神經元是否真正導致某種行爲。

例如，戴塞羅斯曾利用光遺傳學控制小鼠運動皮層中的特定神經細胞，從而影響小鼠胡須運動；研究人員還能夠通過刺激特定神經元讓睡眠中的實驗動物醒來。

這種能力使科學家能夠逐步繪制出大腦中負責運動、記憶、恐懼、獎勵、睡眠、情緒和其他行爲的神經回路。

美聯社援引喬治城大學神經科學家Patrick Forcelli的話形容，光遺傳學使人類對大腦的認識，從過去類似普通的“道路地圖”，邁向更加接近“Google Earth”式的精細觀察。

有望改變精神疾病和神經疾病研究

目前，光遺傳學已經成爲世界許多神經科學實驗室的重要研究工具。

研究人員正利用這種技術研究：

阿爾茨海默病、帕金森病、癫痫、精神分裂症、抑郁症、成瘾以及其他神經系統和精神疾病。

其重要意義在于，科學家能夠在動物模型中確定究竟哪些神經細胞、哪些神經回路發生異常，再進一步尋找人體中可能對應的疾病機制和治療靶點。

Nature指出，光遺傳學已經徹底改變神經科學，使研究人員能夠通過光脈沖精准控制神經元活動。(Nature⁠)

不過，必須指出的是，光遺傳學目前最大的成功仍然是在基礎研究領域。如何安全、有效地將這種技術廣泛應用于人體治療，仍然存在許多技術和醫學挑戰。

“讓失明者重新看見”成爲重要探索方向

光遺傳學一個特別令人關注的潛在醫學應用，是恢複部分失明患者的視覺。

研究人員正在探索將光敏蛋白導入視網膜細胞，使原本失去感光能力的視網膜重新對光産生反應，從而幫助某些視網膜色素變性患者恢複部分視覺功能。

與此同時，科學家還在研究利用光遺傳學改善人工耳蝸，希望未來通過更加精准地刺激聽覺神經，提高聲音分辨能力。

目前相關治療仍處于研究和臨床開發階段，距離成爲普遍治療手段仍有相當距離。

從精神科病房到諾貝爾獎

戴塞羅斯的科學道路也具有特殊意義。

據路透社報道，他早年接受醫學和神經科學訓練，在精神科臨床工作過程中看到一些嚴重精神疾病患者，卻發現當時醫學能夠提供的治療工具十分有限。

這些經曆促使他開始追問：

爲什麽不同人的大腦會産生如此不同的思維、情緒和行爲？

最終，這位醫生與兩位研究藻類和光敏蛋白的德國科學家，在完全不同的研究道路上相遇。

一個研究精神疾病和大腦，一個研究微小藻類如何感受光。

最終，這兩個看似毫不相關的世界連接在了一起，並催生出光遺傳學。

諾貝爾委員會：神經科學新時代才剛剛開始

卡羅琳斯卡醫學院指出，黑格曼和納格爾發現了來自單細胞藻類的重要通道視紫紅質，而戴塞羅斯則進一步將這種蛋白轉變爲控制神經細胞的“光開關”。

這些發現讓科學家能夠研究活體大腦中的神經細胞如何形成記憶、情感和行爲，並爲探索神經系統疾病提供了全新的實驗方法。

諾貝爾委員會成員、遺傳學教授Anna Wedell表示，光遺傳學已經開啓了神經科學的新時代，人類第一次能夠真正開始深入理解大腦如何處理信息，以及不同神經元如何在整個大腦網絡中彼此作用。

然而，這可能僅僅是開始。

從幾十年前研究一滴水中的微小藻類，到今天用一束光控制大腦神經元，叁位科學家的工作展示了基礎科學最令人驚歎的一面：

一個最初看起來與疾病治療毫無關系的科學問題，最終可能發展成爲人類理解大腦、認識意識，並探索治療神經和精神疾病的重要鑰匙。

2026年諾貝爾生理學或醫學獎因此不僅獎勵了叁位科學家，也再次證明——有時候，打開人類大腦奧秘之門的鑰匙，真的可能就是一束光。