https://x.com/NobelPrize/status/2107041023977513263 2026年诺贝尔生理学或医学奖颁给 Karl Deisseroth、Peter Hegemann 和 Georg Nagel ，表彰他们在光控离子通道与光遗传学方面的发现。 Karl Deisseroth，1971 年出生。 1998 年获得美国史丹佛大学博士学位，2000 年获得 医学博士学位。 霍华休斯医学研究所和史丹佛大学生物工程和精神病学与行为科学教授 。 彼得‧黑格曼，1954年出生。 1984年获德国马丁斯里德马克斯普朗克生物化学研究所博 士学位。现任德国柏林洪堡大学赫尔蒂神经科学高级教授。他所获的奖项发现皆出自德国 马丁斯里德马克斯普朗克生物化学研究所。 格奥尔格‧纳格尔，1953年出生。 1988年获德国法兰克福大学博士学位。现任德国维尔 茨 堡大学分子植物生理学与生物物理学系（植物学系一）分子植物生理学教授。他获奖的研 究成果是在德国法兰克福马克斯普朗克生物物理研究所取得的。 一种光敏藻蛋白为神经科学注入活力 了解大脑如何形成记忆、情绪和行为一直是研究员的梦想。2026年诺贝尔生理学或医学奖 得主开创光遗传学。光遗传学使得在活体大脑中开启或关闭单一神经细胞的活动成为可能 。目前，世界各地的实验室都在用这种方法来揭开大脑的奥秘。 大脑这个只有大约1.3公斤重的器官怎麽能承载童年的记忆、白日梦和创造力？它怎麽能 成为快乐、爱和嫉妒的根源？它又是如何控制心跳的节奏、呼吸的节奏和睡眠周期的？ 自古以来研究员就试图解开这个生物学谜团。 20世纪他们成功确定了大脑哪些区域控制 着各种生理功能。这提供了宝贵的认识，但当时的方法相对粗糙，无法证明某种特定类型 的神经细胞直接导致某种感觉或行为。因此，当时呈现的大脑影像就像一张模糊的照片， 缺失了许多细节。 法兰西斯克里克（1962年诺贝尔奖得主）是梦想拥有更精确的工具来探索大脑极其复杂 的神经细胞网路的人之一。在1953年开创性地发现DNA双螺旋结构几十年後，他开始研究 人类意识的机制。他设想了激活活体大脑中单一神经细胞的方法。神经细胞中的讯号传递 速度极快。为了匹配这种速度，他认为使用光可能是理想的选择。如果分子生物学家能够 以某种方式操纵神经细胞并使其对光做出反应，他们或许就能控制神经活动。克里克承认 他的想法听起来有些异想天开，但或许并非不可能实现。 他预见的未来如今已成为现实。卡尔等人因发现神经细胞的分子开关而获得2026年诺贝尔 奖。如今研究员用光技术能开启或关闭大脑的单一神经回路。他们可以唤醒记忆、创造情 绪、驱动行为，并研究与各种精神和神经疾病相关的神经元类型。光遗传学正在从根本上 改变我们对大脑的理解。它也为我们深入了解神经系统如何与身体其他部位（例如心脏和 肠道）的各种细胞相互作用提供了重要线索。 这一切都源自於一位研究员的好奇。 1990 年代初马丁斯里德马克斯普朗克生物化学研究 所的彼得黑格曼提出了一个简单的问题：单细胞藻类衣藻是如何对光线做出如此迅速反应 的？ 黑格曼研究了游动藻类如何感知光线 衣藻以其趋光性而闻名。当研究人员将这种绿藻搅动到培养皿中时，液体会变成淡淡的绿 色。如果他们随後照亮培养皿的一侧，绿色就会向光源方向移动，因为微小的藻类会向光 源游去。这些藻类透过眼点感知光线，眼点是细胞表面一个微小的橙色斑点，其中含有一 种能捕捉光线的分子—视黄醛。 黑格曼研究了藻类的眼点。他利用微型电极测量了衣藻眼点被光照时产生的电讯号。藻类 的反应速度惊人。光线到达眼点後仅半毫秒，就产生了电脉冲。 与当时研究员所知的其他生物系统相比，这种反应速度惊人。例如，光线照射到人眼会触 发一系列复杂的化学反应，涉及许多不同的步骤。这条反应链中的最後一个蛋白质—离子 通道—会在细胞表面形成一个开口，带电离子可以通过这个开口流动，从而产生电讯号。 整个过程至少需要10毫秒。那麽，衣藻对光的反应速度为何比我们人类的眼睛快二十多倍 呢？ 藻类快速的光反应激发了黑格曼的好奇心。 黑格曼只能想到一种解释这种超快反应：衣藻中的光反应过程必定比人眼中的要简单得多 。 1990年代初他提出一个假说，单一蛋白质复合物既能捕捉光又能作为离子通道。然而 ，他的提议却遭到了质疑。当时研究员已经知道许多不同类型的离子通道，但没有一种能 独立对光做出反应。 为了验证他的假设，黑格曼试图分离衣藻的光敏蛋白。然而这说来容易做来难。当藻类眼 点中的蛋白质脱离其自然环境後，它们变得不稳定且容易受损，这使得研究变得困难。然 而在千禧年之交，经过多年挫折，研究小组取得了令人瞩目的发现。日本研究员绘制了衣 藻的DNA图谱并公布了数千个基因的遗传密码。其中黑格曼团队发现了两个与已知的光捕 获蛋白基因具有显着相似性的基因。这两个基因中是否就包含他们正在寻找的蛋白质的编 码呢？ 为了解答这个问题，黑格曼联系了他在法兰克福马克斯普朗克生物物理研究所的同事格 奥尔格纳格尔，他拥有必要的知识，而这将彻底改变神经科学。 赫格曼和内格尔发现了一种非凡的蛋白质 纳格尔利用青蛙卵细胞研究蛋白质。当他获得衣藻的两个基因後，他分别将它们的拷贝注 射到不同批次的青蛙卵中，这些卵随後开始大量产生这两种未知蛋白质。这些蛋白质最终 出现在卵细胞表面的细胞膜上。纳格尔得以研究它们的功能，并很快发现黑格曼十年前提 出的假设是正确的：这些新发现的蛋白质是离子通道，在光照下会打开。 这些蛋白质分别被命名为通道视紫质-1和通道视紫质-2。我们将暂且略过第一种，而将重 点放在第二种上，正是第二种为光遗传学铺平了道路。 藻类蛋白能活化人体细胞 正如黑格曼的实验一样，纳格尔对通道视紫质-2的表徵表明，它对光脉冲的反应异常强烈 且迅速。在0.2毫秒内蛙卵细胞表面便打开了一个通道。带正电荷的离子随後流经此通道 ，产生电讯号。 黑格曼和纳格尔意识到他们取得了一项革命性发现。他们将视紫质-2基因导入人类胚胎肾 细胞和仓鼠肾细胞进行测试。结果发现，这些细胞对光敏感：当暴露於光线下时，它们会 产生电讯号。 2003年黑格曼和纳格尔发表了他们的实验结果。他们提出，通道视紫质-2可以作为强大的 工具，利用光在细胞内产生电脉冲。此後史丹佛大学的一位年轻科学家接手了接力棒。 与精神病患的会面对戴瑟罗斯来说具有决定性意义 90年代卡尔戴瑟罗斯开始学医时，曾考虑成为神经外科医生，但他的部分培训是在精神科 诊所完成的。在那里他被病人的痛苦和他们对帮助的渴望深深触动。同时他开始思考，为 什麽不同人的大脑运作方式会如此不同？为什麽忧郁症患者难以感受到快乐？自闭症或精 神分裂症的妄想症又是由什麽引起的？ 在攻读医学学位的同时，他也获得了神经科学博士学位。在实验室里他使用薄薄的脑组 织切片并在培养皿中进行研究。他的研究取得了一些重要的发现，但他意识到，为了理 解他在临床上遇到的疾病，他需要研究活体大脑中神经细胞的功能。 其他研究人员也在尝试开发能够像弗朗西斯克里克提出的控制特定神经细胞活动的方法。 然而他们中的许多人担心把时间和金钱浪费在看似不切实际的梦想上。戴瑟罗斯意识到他 必须承担失败的风险；他当时能够为病人提供的治疗很少有效而且常常会产生严重副作用 。如果他想找到更好的治疗方法，就需要对大脑有更深刻的理解。 成功将藻类蛋白导入神经细胞 在戴瑟罗斯组建了自己的研究团队後他们开始寻找能触发神经细胞电脉冲的蛋白质。他们 测试了许多候选蛋白，当戴瑟罗斯听说视紫质-2被发现後，他写信给格奥尔格询问是否可 以获得编码该蛋白的DNA。 当DNA送到戴瑟罗斯的实验室後，他将其导入培养皿中培养的大鼠神经细胞。他担心这些 敏感的神经细胞会受到外源基因的负面影响，但它们开始产生通道视紫质-2且未出现任何 明显问题。当研究团队用蓝光照射这些神经细胞时，细胞立即产生了反应。蓝光诱发了一 种神经讯号，可以传递到其他神经细胞。 2005年戴瑟罗斯的研究团队发表了他们的研究结果。他们取得了一项决定性的里程碑成果 ，尽管戴瑟罗斯明白，在他实现目标—控制活体动物神经细胞的活动之前还有很长的路要 走。 利用光遗传学方法控制活体大脑中的神经细胞 卡尔等人之後开始了多项合作，他们也意识到了这项发现的巨大潜力。在戴瑟罗斯实验室 的引领下研究员很快就发现了更多能够开启和关闭神经细胞的蛋白质，这些蛋白质会被不 同波长的光激活。 2006年这种新方法被命名为光遗传学。一年後戴瑟罗斯成功活化了活体小鼠大脑中的神经 细胞。他的研团队将通道视紫质-2基因导入运动皮质（大脑中控制运动的区域）的特定神 经细胞类型。然後他们透过颅骨上的小孔将一根细光纤插入大脑并用光纤照射这些神经细 胞。这使得他们能够控制小鼠胡须的运动。 同年戴瑟罗斯与其他研究人员合作，利用光遗传学技术以可控的方式唤醒了熟睡的小鼠。 研究团队将通道视紫质-2导入一种他们新发现的神经细胞中，怀疑这种神经细胞能够控制 老鼠的觉醒。当他们用光照射这些神经细胞时，小鼠醒了过来，证实了他们的假设。 另一项光遗传学早期着名的研究成果发表於2012年。戴瑟罗斯与利根川进（1987年诺贝尔 免疫学奖得主）合作，成功启动了记忆痕迹－记忆形成时产生的特定神经路径模式。研究 员观察了小鼠在恐惧状态下的大脑活动并记录了哪些神经细胞似乎参与了这种体验记忆的 形成。之後当他们重新激活这些神经细胞时，小鼠表现出了恐惧的迹象，尽管当时它们并 未处於危险之中。这是研究人员首次能够精确证明特定记忆所需的神经细胞。 神经科学的新纪元 激活大脑中特定类型神经细胞的能力从根本上改变了我们对这个神奇器官的理解。成年人 的大脑大约有900亿个神经细胞，每个神经细胞都与其他神经细胞形成数千个连结。在许 多情况下一个神经细胞发出的路径会延伸到大脑完全不同的区域，而控制完全不同生理功 能的神经细胞之间也可能紧密交织在一起。 由於光遗传学技术，研究员现在可以精确地发现复杂神经束中哪些神经细胞控制着不同的 脑功能。例如，他们已经识别出控制疼痛感、社交行为、口渴、食物摄取、奖赏和注意力 的神经回路。他们还发现了负责多种功能的神经细胞，从控制昼夜节律到在免疫系统活化 时引发发烧。 当研究员研究更复杂的行为，例如老鼠如何照顾幼崽时，他们发现一个行为的各个组成部 分可以由不同神经回路控制。例如，一个回路控制小鼠如何将幼崽聚集到巢穴中，另一个 回路则调节它们梳理幼崽的方式。 光遗传学也可以用於绘制大脑以外的神经系统和细胞功能图谱。戴瑟罗斯已经证明，心律 会影响我们的情绪；如果心脏被迫更努力工作，就会加剧焦虑感。其他研究人员也发现了 肠道中的特定细胞，这些细胞可以解释为什麽有些人宁愿吃糖而不是甜味剂，这只是众多 例子中的几个。 期待新的医疗手段 人们曾寄望用光遗传学技术所获得的知识能够带来新的医疗方法，而如今这项希望已开始 实现。此方法使人们对忧郁症、焦虑症、精神分裂症、阿兹海默症和帕金森氏症等精神和 神经疾病的特徵有了更深入的了解。 研究员也迈出了将光遗传学应用於医疗领域的第一步。在正在进行的临床试验中他们试图 帮助因视网膜色素变性（一种会破坏眼球视杆细胞和视锥细胞的疾病）而失明的患者恢复 视力。当他们将一种类似通道视紫质的蛋白质植入一位盲人的视网膜後，该患者恢复了一 些视力。在配戴特制的发光眼镜後，该患者能够辨别并抓取桌上的物体。 人们也寄望光遗传学能够改良人工耳蜗。目前，这些植入体使用电刺激听觉神经。如果能 够改用光遗传学，植入体或许就能更精确地活化听觉神经。 光遗传学：神经科学领域的一项变革性方法 2026年诺贝尔生理学或医学奖得主的发现催生了一种极其强大的工具，彻底改变了神经科 学。光遗传学正不断揭开人类最大谜团之一：大脑如何运作。 --

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