刚刚，2026年诺奖公布！光遗传学推动大脑革命

新智元报道 刚刚，2026年诺贝尔生理学或医学奖公布！ 三位科学家Karl Deisseroth， Peter Hegemann和Georg Nagel共享此次殊荣，表彰他们在「光控离子通道及光遗传学研究方面的杰出贡献」。 简单来说，这三位新晋诺奖得主，为人类的神经细胞找到了一把「光控开关」。 他们发明了一种叫做 「 光遗传学 」 （Optogenetics） 的技术，这项技术能够以前所未有的精度，揭示活体大脑中的神经细胞如何塑造人类的记忆、情感和行为。 诺贝尔生理学或医学委员会主席 Per Svenningsson 激动地评价道： 「 光遗传学为我们提供了以过去只能梦想的方式绘制大脑图谱的机会。 」 是的，他们为神经科学开启了一个全新的纪元。但你绝对想不到，这场足以载入人类史册的大脑革命，最初的起点，竟然只是池塘里一小撮微不足道的「绿藻」。 这次奖金总额为1200万瑞典克朗（约 800 万元，较去年多了100万瑞典克朗），由三位获奖者均分。 而1901年首次的奖金是15万克朗，2012年曾砍到800万。 因「发展出针对一些最具毁灭性的寄生虫疾病具有革命性作用的疗法」，我国第一位自然科学诺奖获得者屠呦呦独享2015年该奖生理学和医学奖一半奖金。 人类大脑：宇宙中最复杂的「黑匣子」 在讲这个不可思议的故事之前，我们得先了解一下，为什么科学家们对大脑如此「头疼」。 人类的大脑，重约1.4千克，却包含了大约860亿个神经元（神经细胞），它们之间的连接点（突触）高达数百万亿个。这比整个银河系的恒星还要多。 大脑是如何掌管我们的情感、行为和身体机能的？这长期以来一直是人类科学界最大的谜团之一。 在整个 20 世纪，神经科学家们就像是拿着手电筒在巨大的迷宫里盲人摸象。他们试图探究大脑的哪些区域影响哪些功能。 比如，他们发现大脑某处受损，人就会失去语言能力；电击大脑某个区域，人就会感到快乐。 但问题在于，过去的方法太「粗暴」了。 想象一下，你想要修好一台精密的超级计算机里的一行代码，但你手里唯一的工具，却是一把大铁锤。 过去的脑科学研究就是这样：无论是切除部分脑组织，还是用电极进行广泛的电刺激，又或者是使用影响整个大脑的化学药物，都像是用铁锤砸电脑。 科学家们能观察到现象，但 「 无法证明因果关系 」 。 正如诺奖委员会所说，当时他们绘制的大脑图景，就像是一张粗糙的「草图，充满了问号和未知」。 科学家们做梦都想拥有一把「上帝的手术刀」—— 它必须足够精准，能够只控制某一个或某一类特定的神经元；它又必须足够迅速，能够跟得上神经元毫秒级闪烁的速度。 这可能吗？整个神经科学界都陷入了绝望。 直到，两位德国生物学家在水坑里，多看了一眼那些游动的绿色单细胞生物。 池塘里的奇迹：好奇心与趋光藻类 故事的镜头，切到了德国。 本届诺奖得主之一，柏林洪堡大学的 彼得·黑格曼（Peter Hegemann） ，是一个充满好奇心的人。与其他死磕人类大脑的神经科学家不同，黑格曼的关注点「卑微」得多。 他经常盯着显微镜下的一种单细胞藻类—— 衣藻（Chlamydomonas） 发呆。 衣藻是一种非常神奇的微生物。它没有眼睛，没有大脑，完全是一个单细胞。但是，如果你在装满衣藻的培养皿旁边放一盏灯，你会发现一个奇妙的现象： 所有的衣藻都会像被施了魔法一样，齐刷刷地朝着光源游去。 这种现象在生物学上叫「趋光性」。 黑格曼的好奇心被彻底点燃了： 一个连神经系统都没有的单细胞生物，凭什么能 「 看见 」 光？它是怎么把光信号转化成 运动 指令 的？ 带着这个看似和人类医学八竿子打不着的纯粹疑问，进入21世纪初，黑格曼和他的老搭档、维尔茨堡大学的 格奥尔格·纳格尔（Georg Nagel） 开始了疯狂的寻宝之旅。 功夫不负有心人，他们在这项基础得不能再基础的植物学研究中，挖到了震惊世界的宝藏。 他们发现，在衣藻的细胞表面，存在一种非凡的、具有独特性质的藻类蛋白质。他们给它起名为 「 通道视紫红质 」 （channelrhodopsin） 。 这个蛋白质的工作原理简直精妙绝伦，就像一扇装了「光控感应器」的门： 当蓝光照射到这个蛋白质上时，蛋白质的通道就会瞬间打开（Light-gated ion channels）。 接着，带电的离子就会像潮水一样涌入细胞内部，从而产生一个微小的电脉冲。正是这个电脉冲，指挥着衣藻向着光游去。 更让这两位德国科学家头皮发麻的是，他们做了一个极为大胆的测试：如果把这种藻类的蛋白质，放到其他生物的细胞里会怎样？ 结果令人震撼： 无论他们将这种蛋白质放入哪种细胞，那些细胞都会瞬间变得 「 对光敏感 」 ！ 只要光一照，细胞就会产生电信号。 这就好比他们找到了一把万能的「光控开关」，只要把这个开关装在任何细胞上，光就能控制它的活动。 一个奇妙发现诞生了。 但谁也没有想到，远在大洋彼岸的美国，一位精神病学专家敏锐地捕捉到了这篇论文，并将其变成了解开大脑谜团的终极武器。 跨界狂人：将光铸成神经元开关的魔法师 这就引出了我们今天的第三位诺奖得主：斯坦福大学的 卡尔·戴瑟罗斯（Karl Deisseroth） 。 戴瑟罗斯不仅仅是一位顶尖的神经科学家，他也是一位临床精神病学医生。 在临床中，他每天都要面对饱受抑郁症、精神分裂症、帕金森症折磨的患者。他深知传统的药物和电击疗法有多么粗糙，副作用有多么巨大。 他一直在苦苦寻找一种能够 「 精确控制单一神经元 」 的方法。 当黑格曼和纳格尔关于「通道视紫红质」的论文发表后，科学界大部分人都只是觉得「这藻类挺好玩的」。但戴瑟罗斯的脑海里却轰然炸响了一道惊雷。 一个疯狂的想法诞生了： 如果把这种绿藻的 「 光控开关 」 基因，植入到哺乳动物（比如老鼠甚至人类）的神经细胞里，那我们岂不是可以用光来控制大脑了？！ 说干就干。戴瑟罗斯和他的团队开始了如同「弗兰肯斯坦」般的实验。 他利用病毒作为载体，将带有「通道视紫红质」的基因，精准地导入到大鼠的特定神经细胞中。奇迹发生了！大鼠的神经细胞成功长出了这种来自藻类的光控蛋白质。 2005年，戴瑟罗斯发表了那篇注定名垂青史的突破性论文： 在实验室里，当他用一根极细的光纤，将蓝光照射到这些神经细胞上时，光控开关打开，神经元瞬间被激活，触发了强烈的神经信号；而当光线关闭，神经元立刻安静下来，毫不拖泥带水。 精准、迅速、毫无副作用！ 两年后的 2007 年，他更是完成了降维打击般的创举——他让这种光控开关，在活体小鼠的大脑中成功运作！ 在随后的各种展示中，全世界的科学家看到了令人毛骨悚然又热血沸腾的画面： 一只活蹦乱跳的小鼠，脑子上插着一根发光的光纤。 当蓝光亮起时，小鼠突然开始疯狂地顺时针转圈；当蓝光熄灭，小鼠立刻停下，仿佛什么都没发生过； 有的实验中，光线一亮，暴躁的小鼠瞬间变得温顺； 有的实验中，光线一闪，原本害怕某个角落的小鼠，径直走了过去，因为恐惧的记忆被「光」强行关闭了。 戴瑟罗斯把这项完美融合了光学和遗传学的技术，正式命名为—— 光遗传学（Optogenetics） 。 一门全新的学科，诞生了！ 光之奇迹——从绘制记忆到让盲人复明 「光遗传学」的出现，就像是在一个漆黑的、堆满无数杂物的超级仓库里，突然给人发了一个高精度的强光手电筒，并且这个手