2026年诺贝尔生理学或医学奖刚刚正式公布，Karl Deisseroth、Peter Hegemann和Georg Nagel三位科学家凭借光敏离子通道与光遗传学的开创性发现共同获奖。
他们让人类掌握了一种前所未有的能力：用一束光，精准开启或关闭活体大脑中的特定神经元。
长久以来，人类对大脑的理解停留在粗略的功能分区层面。
传统研究手段无法证明某种特定神经细胞与具体行为之间存在因果关系。
DNA双螺旋结构的发现者Francis Crick曾提出设想：如果分子生物学能改造神经细胞，让它们对光产生反应，科学家就能用光以极高的速度控制大脑活动。
这个曾经被认为极难实现的目标，最终变成了现实。
绿藻中的光控开关
突破始于单细胞绿藻衣藻。
衣藻依靠细胞表面的眼点感应光线，并朝着光源游动。
20世纪90年代初，Peter Hegemann在马克斯普朗克生物化学研究所测量了衣藻受光照时的电信号。
光线照射眼点后仅0.5毫秒，衣藻就产生了电脉冲。
人类眼睛感知光线需要经过多步化学级联反应，最终打开离子通道至少需要10毫秒。
衣藻的反应速度比人眼快了20倍以上。
Hegemann据此推测，衣藻体内存在一种兼具感光和离子通道功能的单一蛋白复合体。
伴随衣藻基因测序完成，Hegemann锁定了两个候选基因，并联系了马克斯普朗克生物物理研究所的Georg Nagel。
Nagel将这两个基因分别导入青蛙卵细胞中。
实验证实，这些基因表达出的蛋白质就是受光直接控制的离子通道。
光脉冲照射后，通道在0.2毫秒内迅速打开，带正电荷的离子流入细胞并产生电信号。
这两组蛋白质被命名为通道视紫红质1和通道视紫红质2。
2003年，Nagel与Hegemann将通道视紫红质2导入人类胚胎肾细胞及仓鼠肾细胞，成功让哺乳动物细胞对光产生电反应。
将光敏蛋白植入神经元
斯坦福大学的Karl Deisseroth在精神科临床轮转期间，目睹了重度抑郁症、自闭症和精神分裂症患者的痛苦。
当时的药物治疗效果有限且伴随严重副作用。
Deisseroth意识到，要想找到根本治疗方案，必须弄清活体大脑中神经元的工作机制。
Deisseroth向Nagel获取了通道视紫红质2的DNA。
2005年，Deisseroth团队将这段基因导入培养皿中的大鼠神经元。
神经元成功表达了该蛋白，且未受到损害。
用蓝光照射这些神经元时，细胞立刻产生了动作电位，并向周围细胞传递神经信号。
2006年，这项结合光学与遗传学的技术被正式定名为光遗传学。
操控活体大脑的记忆与行为
2007年，Deisseroth团队实现了活体动物实验的跨越。
他们将通道视紫红质2基因导入小鼠大脑运动皮层，再将微米级光纤通过颅骨孔洞植入大脑。
开启光照后，小鼠的胡须随之摆动。
同年，研究团队利用该技术激活了小鼠脑内负责调控清醒的特定神经元，精准唤醒了处于睡眠状态的小鼠。
2012年，Deisseroth与1987年诺贝尔奖得主利根川进合作，定位了小鼠经历恐惧时大脑中形成的物理记忆印迹。
在小鼠处于完全安全的环境时，研究人员用光重新激活这组特定的印迹神经元，小鼠立刻表现出恐惧反应。
这是科学界首次在实验层面精准证明了特定神经元是特定记忆的物质基础。
开启神经科学新纪元
成年人类大脑拥有约900亿个神经元，彼此之间交织着数以万亿计的突触连接。
光遗传学让研究人员能够精细拆解复杂的大脑回路。
科学家已经陆续锁定了控制疼痛、社交、口渴、摄食、奖励机制、注意力和昼夜节律的神经通路。
在小鼠育幼行为中，研究人员发现筑巢聚集幼崽与舔舐梳理幼崽由完全不同的神经回路独立支配。
光遗传学还被应用于脑外器官的研究。
Deisseroth团队证实，人为加快心脏跳动节律会直接加剧大脑的焦虑情绪。
其他学者也利用该技术发现了肠道中促使机体偏好天然糖分而非代糖的专用细胞。
在医学临床转化领域，针对视网膜色素变性致盲患者的临床试验已经展开。
研究人员将光敏蛋白导入盲人视网膜后，患者配合佩戴特制发光眼镜，已经能够识别并抓取桌面上的物体。
该技术未来还可用于改进人工耳蜗，通过光刺激取代传统电刺激，显著提升听神经的激活精度。
获奖人简介
Karl Deisseroth，1971年出生，1998年获斯坦福大学哲学博士学位，2000年获斯坦福大学医学博士学位，现任斯坦福大学生物工程及精神病学教授、霍华德休斯医学研究所研究员。
Peter Hegemann，1954年出生，1984年获马克斯普朗克生物化学研究所博士学位，现任柏林洪堡大学神经科学资深教授，获奖核心成果完成于马克斯普朗克生物化学研究所。
Georg Nagel，1953年出生，1988年获法兰克福大学博士学位，现任维尔茨堡大学分子植物生理学教授，获奖核心成果完成于马克斯普朗克生物物理研究所。
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/...@作者：你说的完全正确（YAR师）