专家解读诺奖：一束光，为脑科学研究装上“遥控开关”

你是否好奇，人的大脑，一个约1.3公斤重的器官，怎么能承载记忆、白日梦和创造力？它又如何控制心跳节奏、呼吸节奏和睡眠周期？

图源：诺贝尔奖官网

北京时间10月5日，2026年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，美国科学家卡尔・戴塞罗思（Karl Deisseroth）、德国科学家彼得・黑格曼（Peter Hegemann）与格奥尔格・内格尔（Georg Nagel）共同获得该奖项，表彰他们“在光门控离子通道和光遗传学方面的发现”。

诺贝尔奖委员会表示，三位科学家的成果开创了光遗传学技术，彻底革新人类解析活体大脑的研究方式。借助这套技术，科研人员可以用光精准开启、关闭特定神经元，解析记忆、情绪、行为背后的大脑机制，为神经科学打开一扇全新大门。

光遗传学究竟是什么？一束光如何操控大脑？潮新闻记者为此采访瓯江实验室（再生调控与眼脑健康浙江省实验室）主任、温州医科大学学术副校长宋伟宏以及浙江大学脑科学与脑医学学院教授郭方带来科普解读。

从一个单细胞藻类上获得的灵感与发现

光遗传学的发现的源头来自小小的单细胞藻类。彼得・黑格曼与格奥尔格・内格尔最早在藻类细胞中发现一类光敏感受体蛋白，这类蛋白被光线照射之后，离子通道打开，就能直接改变细胞的电活动状态。

卡尔・戴塞罗思进一步把这套蛋白工具引入神经细胞，正式提出“光遗传学（optogenetics）”概念，实现用光选择性激活、抑制特定神经元，把基础发现变成神经科学可实操的实验技术。

图源：诺贝尔奖官网

郭方用一个通俗比喻概括这项核心能力：“光遗传学相当于给脑科学装上遥控开关，这个开关不仅可以‘开’神经元，还可以‘关’神经元。”

“光遗传学本质上是一套革命性的研究工具。”宋伟宏说，就像曾经斩获诺奖的PCR技术、核磁共振技术，本身不直接治病，但给整个脑科学研究提供了前所未有的研究手段。

建立大脑神经元与行为的因果关联

“我们大脑有860亿个神经元，神经元依靠突触互相沟通，交织形成复杂的‘神经环路’，记忆、愤怒、恐惧、进食、睡眠全部由不同环路管控，”宋伟宏介绍，“传统的神经科学研究，很多时候需要把脑组织切片，在离体条件下分析细胞、蛋白、基因的变化；即便做活体动物实验，传统电极刺激会激活一大片神经元，很难分清到底是哪一群细胞，造成了某一种行为”。

图源：诺贝尔奖官网

“光遗传学解决了这个痛点。打开特定光线，就只激活这一群细胞；关掉光，细胞就恢复原本状态。”宋伟宏举例，国内段树民院士、胡海岚院士团队就做过经典小鼠实验研究动物行为和情感：如原本性格温顺没有攻击性的小鼠，用光激活特定一组神经元之后，小鼠立刻变得极具攻击性。通过这个实验，科学家直接锁定了管控攻击行为对应的神经细胞群。

此外，借助这套工具，科研人员可以在活体动物身上，建立起“特定神经元—神经环路—动物行为”的直接因果关系。阿尔茨海默病、抑郁症、精神分裂症、帕金森病研究都从中获益：我们可以追踪疾病最早发生异常的那一组神经元，搞清楚细胞之间如何互相影响，解析疾病发生发展的环路机制。过去一百二十多年神经科学的很多悬而未决的问题，有了解决的新路径。

光遗传学研究可以治好失忆、抑郁症、帕金森吗？

不少普通人看到新闻会好奇：既然可以用光调控神经元，是不是很快就能用光来治好失忆、抑郁症、帕金森？

对此宋伟宏提醒大众需要理性看待：光遗传学目前主要还是基础研究工具，直接用于人体疾病治疗还有重重关卡。现阶段动物实验需要把纤细光纤植入大脑内部，属于侵入式操作，直接照搬到人类大脑并不现实。

郭方也同样持审慎态度。他告诉记者，想要在人脑中实现光遗传调控，一方面需要病毒载体把光敏蛋白基因送入脑细胞，存在诱发脑部严重炎症的风险；另一方面往往需要开颅手术，伦理与安全门槛很高。

不过郭方也提到，相关探索并未完全止步。比如有科研人员尝试把光遗传工具应用于心脏细胞调控；在眼科领域，也有科学家尝试用光遗传恢复失明小鼠的视力，但该方案仅适用于特定类型的眼部损伤。

即便不能马上治病，也丝毫不影响这项成果的分量。业内多年就已经预判光遗传学有极大拿诺奖的可能性。宋伟宏透露，今年诺奖花落光遗传学并不意外。“诺贝尔奖更看重基础方法学上的颠覆性贡献，光遗传学实实在在改变整个神经科学领域的研究范式，全球几乎所有脑科学实验室都在使用这套技术。”

未来，光遗传学有望在部分神经、精神疾病治疗领域开花结果，但在此之前，它最重要的使命，依旧是帮助人类继续读懂我们最复杂的器官——大脑。

责任编辑：王慧华