給神經元裝上“光控開關”——2026年諾貝爾生理學或醫學獎解讀

衣藻利用其“眼點”感知光線。當光線足夠強時，它會游向光源。

　　10月5日，美國科學家卡爾·戴塞羅思（Karl Deisseroth）、德國科學家彼得·黑格曼（Peter Hegemann）和格奧爾格·內格爾（Georg Nagel）因在光控離子通道和光遺傳學方面的發現，榮膺2026年諾貝爾生理學或醫學獎。

　　三位獲獎者的研究，讓科學家給神經元裝上了“光控開關”。他們從一種會追逐光線的單細胞藻類出發，發現了能被光打開的離子通道，并進一步用這種來自藻類的蛋白質控制神經細胞。由此誕生的光遺傳學，讓科學家能在活體大腦中，以毫秒級速度精準控制特定神經細胞。

　　這一切始于黑格曼的好奇心。20世紀90年代初，他對一個看似簡單的問題產生了興趣：萊茵衣藻為什么能朝著光線游動？

　　這種單細胞藻類表面的“眼點”能感知光線，那是細胞表面一個微小的橙色斑點，其中含有一種能捕捉光線的分子，即視黃醛。實驗顯示，光打到眼點后僅約0.5毫秒，藻類細胞就會產生電信號。

　　如此迅速的反應讓黑格曼猜測，藻類體內或許存在一種特殊蛋白質，能同時干兩件事：既能感受光線，又能充當離子通道，把光信號轉化為電信號。

　　黑格曼團隊之后發現了兩個與光感受蛋白相關的基因。內格爾將這兩個基因分別注入蛙卵細胞，使蛙卵細胞大量產生相應蛋白質。實驗結果終于揭示，這些蛋白質本身就是能被光控制的離子通道。

　　其中一種蛋白質后來被稱為“通道視紫紅質-2”。它的特別之處在于，只要受到藍光照射，通道就會迅速打開，帶正電的離子隨即流入細胞，引發電信號。

　　更讓人興奮的是，它并不只在藻類細胞里有用。2003年，黑格曼和內格爾發表研究成果，提出可利用通道視紫紅質-2，通過光線在細胞中產生電信號。

　　這項發現恰好為科學家多年前的一個設想提供了現實工具。1962年諾貝爾生理學或醫學獎得主弗朗西斯·克里克曾設想，如果能讓單個神經細胞對光產生反應，就有可能利用光控制它們的活動。

　　戴塞羅思給出了答案。他將編碼這種蛋白質的基因導入大鼠神經細胞。結果，神經細胞能正常產生通道視紫紅質-2。藍光一照，它們立即產生神經信號，并把信號傳遞出去。

　　2005年，戴塞羅思團隊發表了這一突破性成果。兩年后，他進一步讓這種由光控制的“開關”在活體小鼠的大腦中發揮作用。他們把通道視紫紅質-2導入小鼠運動皮層中的特定神經細胞，再通過光纖向大腦傳遞藍光，就能控制小鼠的胡須運動。

　　這種利用光來控制神經信號的方法，如今被稱為“光遺傳學”。隨著技術發展，科學家發現，它不僅能幫助解析大腦神經回路，也可能為神經系統疾病治療提供新思路。

　　光遺傳學從根本上改變了人們研究大腦的方式。如今，科學家能借助這項技術精準控制特定神經細胞，并進一步探索大腦的工作機制，逐步解開大腦究竟是如何工作的這一困擾人類已久的謎題。