2026年诺贝尔生理学或医学奖，为什么颁给了光遗传学？
今年的诺贝尔生理学或医学奖，颁给了一项听起来有些像科幻的技术。
它为特定神经细胞装上受光控制的开关，从而调控这些细胞的活动。
这项技术就是光遗传学。
获奖的三位科学家是Karl Deisseroth、Peter Hegemann和Georg Nagel。科学原理稍微有些复杂。
不过，如果您感兴趣，我会尽量用简单的方法解释。
一句话概括，
可以把它想成：给神经元装上“光控开关”。
带有光敏蛋白的神经元，可以用光刺激；反过来，使用其他类型的蛋白，也能抑制神经元活动。
起点不是大脑，而是绿藻
光遗传学的故事，不是从人或小鼠开始的。
它起源于一种微小的单细胞绿藻——莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）。
这种绿藻可以朝着光的方向移动。
要做到这一点，它首先需要知道光从哪个方向照来。
参与这一过程的蛋白之一，就是通道视紫红质（channelrhodopsin）。
通道视紫红质像嵌在细胞膜上的一扇小门。平时关闭，遇到特定光照时打开。
门一打开，Na⁺等离子就可以通过，改变细胞的电状态。
Hegemann与Nagel的工作，对揭示这些光门控离子通道的特性，起到了重要作用。
科学家想到一个巧妙的办法
神经细胞也通过电信号工作。
如果把绿藻里的光敏蛋白引入神经细胞，会发生什么？
通过导入基因，让神经元在细胞膜上制造通道视紫红质。
原本很难用光直接控制的神经细胞，就变成了会对光作出反应的细胞。
光照到时，通道视紫红质打开，离子移动，神经元被激活。
说得最简单一些：
光照 → 门打开 → 离子进入 → 神经元放电。
这里的“放电”，不是细胞真的着火，而是神经细胞发出电信号。
2005年，研究者证明，这种方法可以用光精准刺激神经细胞。
为什么重要到值得一座诺贝尔奖？
在这项技术出现之前，我们也能观察大脑。
功能磁共振或PET，可以显示人在某种行为过程中，哪些脑区的活动发生了变化。
假设一个人看到可怕的图片时，某个脑区变得活跃。
我们可以说：“这个人感到恐惧时，这个区域会活跃。”
但有一个重要问题。
仅凭观察，很难分清：是这个区域引起了恐惧，还是恐惧产生之后，这个区域才被激活？
这就是相关与因果的区别。
光遗传学为研究这个问题，提供了有力的方法。
在特定神经元上装好光控开关，然后把它们打开，行为发生了变化。
反过来，抑制这条回路，行为可能减弱或消失。
这样就能更有力地证明：这条神经回路，确实参与了这种行为。
当然，激活一个神经元，并不能解释复杂行为的全部原因。
即便如此，研究方法已经从“旁观”，走向了“直接干预并检验”。
像在大脑里，选择性地打开一根电线
我们的大脑大约有860亿个神经元。
但并非每个神经元都做相同的工作。
有些参与运动，有些与恐惧、奖励、睡眠或觉醒有关。
过去研究复杂回路时，往往要同时刺激附近的许多神经元。
光遗传学的优势，是可以选择性控制想要研究的神经元类型。
这更像按下某个房间的灯开关，而不是关掉整栋房子的总电闸。
因为研究者既能控制哪些细胞接收基因，也能控制把光送到哪里。
现在就能用在人身上吗？
在小鼠大脑中，可以把基因导入选定的神经元，再插入光纤。
但把同样的方法用于人体，会遇到很多问题。
首先，需要把基因送到目标神经细胞，让它们制造光敏蛋白；同时，还要让光抵达大脑深处。
从外面拿手电筒照着头，并不能把深部神经元打开。
研究者还必须确认，整套系统能够长期安全地工作。
因此，要直接用光遗传学治疗脑部疾病，仍有相当高的技术门槛。
眼睛的情况，稍有不同
恢复视觉，是光遗传学正在走向人体治疗的一个方向。
在视网膜色素变性等疾病中，负责感光的光感受器细胞会死亡。
但位于下游、负责传递信号的某些神经细胞，可能仍然存活。
如果给这些幸存细胞装上新的感光蛋白，会怎样？
原本不直接负责感光的细胞，就被赋予了对光作出反应的能力。
事实上，2021年有报告指出，一名视网膜色素变性患者接受光遗传基因治疗，并配合特殊护目镜后，部分视觉功能得到恢复。
戴着护目镜时，患者能够完成定位、计数和触碰物体等任务。
这不意味着正常视力已经恢复。
但它说明，赋予幸存神经细胞新的感光功能，这个想法在人身上也可能发挥作用。
此后，多项临床开发计划持续推进。
也可以用于听觉研究
类似的想法，也被用于听觉。
目前的人工耳蜗使用电流刺激听神经。
但电流会向周围扩散，限制了对不同神经群进行精细刺激的能力。
研究者期待，光刺激能区分并刺激更狭窄的区域。
它的意义，最终超出一种治疗方法
这次诺贝尔奖最重要的意义，是这项技术改变了我们研究大脑本身的方法。
过去，研究者可以说：“这个神经元活跃时，出现了这种行为。”
现在，他们可以检验：“我亲自把这个神经元打开，随后出现了这种行为。”
这两者之间，有巨大的差别。
一个是观察，另一个是直接干预潜在原因的实验。
而这一切，始于微小的绿藻
这是我觉得这项研究最有意思的地方。
用来理解人类大脑的技术，最初并不是从研究大脑产生的。
它起源于研究微小绿藻如何感光时，发现的一种蛋白。
把这种蛋白引入神经元，就可以用光控制选定类型的神经细胞。
短短二十多年，这项技术成为现代神经科学最重要的工具之一，最终带来了2026年诺贝尔生理学或医学奖。
它说明了基础科学为什么重要。
我现在从事医疗工作，但以前读的是物理学。
当年的同学中，有不少非常聪明的人。可是在韩国很难好好开展研究，于是多数人去了国外，并在那里发展。
稍微没那么聪明的，就进大公司谋生去了。:)
“绿藻怎样追着光走？”这个小问题，最终变成了检验“人的记忆与情绪如何形成？”这个更大问题的工具。
基础科学眼前可能看不到回报，却可能在将来成为大大造福人类的研究。
我希望基础科学获得更多投入，也希望韩国能出现获得诺贝尔奖的科学家。
参考资料
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