标题: 2026诺贝尔奖揭开序幕，医学奖今打头阵！「光遗传学」先驱获奖，解开大脑记忆 　　　与情绪机制之谜 新闻来源: https://www.storm.mg/article/11169927 https://i.meee.com.tw/J3n2DGb.jpg 风传媒 李忠谦 这个星期又迎来紧凑的诺贝尔周，今（5）日由诺贝尔生理学或医学奖揭开序幕，依惯例 由瑞典斯德哥尔摩的卡罗林斯卡学院（Karolinska Institutet）公布：彼得．赫格曼（ Peter Hegemann）、格奥尔格．纳格尔（Georg Nagel）与卡尔．代塞罗斯（Karl Deis- seroth）「因在光门控离子通道与光遗传学方面的发现」获得殊荣。根据诺奖委员会发布 的新闻稿，三人的发现催生了「光遗传学」（optogenetics），让科学家得以呈现神经细 胞如何在活体大脑中形塑记忆、情绪与行为，为神经科学开启新纪元。 大脑如何调控情绪、行为与各项生理机能，一直都是科学界的未解之谜。诺奖委员会的新 闻稿指出，20世纪的科学家虽已着手探究大脑哪些区域掌管哪些功能，但受限於研究方法 ，无法证明其中的因果关系，对大脑的认知犹如一张布满问号的草图。诺贝尔生理学或医 学委员会主席佩尔．史文宁森（Per Svenningsson）表示：「光遗传学让我们有机会以过 去只能梦想的方式绘制大脑图谱。」 用光操控神经细胞，曾被视为遥不可及的梦想。但1962年诺贝尔奖得主、DNA双螺旋结构 发现者之一的克里克（Francis Crick），後来投入意识研究时便曾设想：神经讯号传递 极快，若要跟上这个速度，最理想的工具或许是光。克里克也坦言，这个点子听来异想天 开，但未必不可能实现。 绿藻感光催生「光遗传学」 1990年代初期，任职於德国马克斯普朗克生物化学研究所的赫格曼对一个现象感到好奇： 单细胞绿藻「衣藻」（Chlamydomonas）为何能对光如此迅速地反应？衣藻以细胞表面一 个橘色的「眼点」感光，赫格曼以微电极测量发现，光线照到眼点後仅半毫秒就产生电讯 号；相较之下，人眼从感光到产生电讯号至少需要10毫秒，衣藻竟快了20倍以上。他因此 提出假说：衣藻体内有一种蛋白质，能同时捕捉光线充当离子通道。但当时已知的离子通 道，没有任何一种单靠「光」就可启动，这项假说也一度遭到质疑。 千禧年前後，日本的研究人员公开衣藻的基因序列，赫格曼团队从中找到两个与已知感光 蛋白相似的基因，并交给马克斯普朗克生物物理研究所的纳格尔。纳格尔将基因注入青蛙 卵细胞，证实它们制造出的蛋白质正是照光就会开启的离子通道，赫格曼十年前的假说终 获证实。 这两种蛋白质被命名为「光敏感通道蛋白」1号与2号（通道视紫质，channelrhodopsin-1 、-2），其中2号在照光後0.2毫秒内就能开启，让带正电的离子流入并产生电讯号；两人 将它的基因植入人类胚胎肾细胞与仓鼠肾细胞，这些细胞也都变得对光敏感。无论将这种 蛋白质放入哪一种细胞，该细胞都会变得对光敏感。两人於2003年发表成果，并提出这种 蛋白质可作为以光在细胞中产生电讯号的强大工具。 植入活体大脑操控行为 史丹佛大学的代塞罗斯在医学院求学期间曾到精神科受训，病人的痛苦让他开始思索：为 何忧郁症患者难以感受快乐？是什麽导致自闭症或思觉失调症的妄想？他意识到，要理解 这些疾病，必须研究活体大脑中的神经细胞如何运作。 得知光敏感通道蛋白2号的发现後，代塞罗斯写信向纳格尔索取基因，并将它植入培养皿 中的大鼠神经细胞。照射蓝光後，神经细胞立即产生神经讯号，并能传递给其他神经细胞 。研究团队於2005年发表这项成果。2006年，这项新方法被命名为「光遗传学」。隔年， 代塞罗斯团队将基因送入活体小鼠大脑运动皮质的特定神经细胞，再以穿过头骨小孔的细 光纤照光，成功操控小鼠胡须的摆动。 诺奖委员会也列举了光遗传学早期的代表性研究：代塞罗斯与合作者2007年以光唤醒熟睡 的小鼠，证实一类新发现的神经细胞掌管清醒；2012年，他与1987年诺贝尔奖得主利根川 进合作，重新活化小鼠形成恐惧记忆的神经细胞，即使身处安全环境，小鼠仍表现出恐惧 ，这是科学家首度证明哪些神经细胞是特定记忆所必需。此後，研究人员陆续找出掌管痛 觉、社交行为、口渴、进食、奖赏与注意力的神经回路，也加深了对忧郁症、焦虑症、思 觉失调症、阿兹海默症与帕金森氏症等疾病特徵的理解。 为失明与失聪患者点燃希望 光遗传学如今不仅广泛用於解析记忆提取、成瘾行为、恐惧制约及睡眠觉醒等神经回路， 更已跨出动物模型，迈向人体临床应用。 诺奖委员会的新闻稿指出，在临床医学上，研究人员正尝试运用这项方法让视障者恢复视 力。在进行中的临床试验里，研究人员尝试让因「视网膜色素病变」（Retinitis Pigme- ntosa, RP）而失明的患者恢复视力，这种疾病会破坏眼睛的视杆细胞与视锥细胞。研究 人员在一名盲人的视网膜中植入类似光敏感通道蛋白的蛋白质後，对方恢复了部分视力， 配戴会发光的特制眼镜後，能辨识并拿取桌上的物品。科学家也期待，未来能以光遗传学 改良人工电子耳，用光取代电流，更精准地刺激听觉神经。 奖金方面，今年各奖项的奖金为1200万瑞典克朗（约合127万美元），较去年增加约9%。 若同一奖项有多位得主，将依规定分配奖金，今年生医奖由三人均分。生医奖周一（5日 ）揭晓後，周二（6日）将公布物理学奖，周三（7日）为化学奖，周四（8日）为文学奖 ，备受瞩目的和平奖周五（9日）公布，压轴的经济学奖（瑞典中央银行纪念诺贝尔经济 学奖）则将於下周一（12日）出炉。 -- 原档：（部分） 在光遗传学出现前，神经科学界若要刺激大脑细胞，多仰赖微电极放电或注射神经化学药 物。然而，电刺激无法区分周遭不同种类的神经元，往往引发广泛而杂乱的组织反应；化 学药物则受限於扩散速度，耗时数秒至数分钟，无法跟上神经讯号传导以毫秒计的节奏。 绿藻感光蛋白的突破 在光遗传学问世前，神经科学界若要刺激大脑细胞，多仰赖微电极放电或注射神经化学药 物。然而，电刺激无法精准区分周遭不同种类的神经元，往往引发广泛而杂乱的组织反应 ；化学药物则受限於扩散速度，耗时数秒至数分钟，无法跟上神经讯号以毫秒计的传导节 奏。 光遗传学的核心突破，始於赫格曼对单细胞绿藻「衣藻」（Chlamydomonas）趋光泳动特 性的探究。2000年代初期，赫格曼与纳格尔在绿藻细胞表面发现一种具独特特性的蛋白质 「光敏素」（Channelrhodopsin）。当受到蓝光照射时，该蛋白质通道会开启，带电离子 随之流入细胞并产生电脉冲；研究更证实，无论将该蛋白质植入何种细胞，该细胞都会具 备感光能力。 得奖呼声高，终於斩获桂冠 代塞罗斯随後将光敏素基因植入大鼠神经细胞，证实以蓝光照射即可诱发神经讯号，於 2005年发表突破性成果，并在两年後进一步将这项神经细胞光控机制应用於活体小鼠大脑 。光遗传学结合基因工程与光学刺激，利用腺相关病毒（AAV）等基因载体，将「光敏感 通道蛋白」（Opsins）基因送入特定神经元，让科学家得以在毫秒等级的精确维度下「开 关」特定神经元。 在技术发展历程中，多位国际先驱亦奠定深厚基础：麻省理工学院（MIT）神经工程学中 心主任爱德华．博伊登（Edward Boyden）曾与代塞罗斯携手建立完整光控实验体系；马 克斯普朗克生物化学研究所的迪特．厄斯特海尔特（Dieter Oesterhelt）最早揭示微生 物光敏蛋白的晶体结构与离子转运机制；牛津大学生理学教授格罗．米森伯克（Gero Miesenbock）则早在2002年於果蝇实验中验证利用感光蛋白调控神经活动的概念。 临床试验点亮复明契机 欧美研究团队近年针对遗传性「视网膜色素病变」（Retinitis Pigmentosa, RP）晚期患 者进行基因治疗临床试验。医师将编码光敏蛋白的基因载体注入患者眼球，使退化视网膜 中尚存的神经节细胞转化为感光细胞，并让受试者配戴特制光学投影眼镜，将环境影像转 化为特定波长的脉冲光讯号。试验结果显示，近乎全盲的受试者已能重新辨识物体轮廓、 桌面物件及斑马线条纹，为神经退化性失明带来划时代的修复途径。 附按：官方背景介绍 Karl Deisseroth，1971 年出生。1998 年於美国史丹佛大学取得博士学位，2000 年取得 医学博士学位。现任美国霍华德．休斯医学研究所（Howard Hughes Medical Institute ）及史丹佛大学 D. H. Chen 讲座教授，并担任生物工程学系、精神医学与行为科学系教 授。 Peter Hegemann，1954 年出生。1984 年於德国马丁斯里德（Martinsried）的马克斯． 普朗克生物化学研究所取得博士学位。现任德国柏林洪堡大学（Humboldt University of Berlin）赫蒂神经科学资深教授（Hertie Senior Professor of Neuroscience）。本 次获奖的研究成果是在德国马丁斯里德的马克斯．普朗克生物化学研究所完成。 Georg Nagel，1953 年出生。1988 年於德国法兰克福大学取得博士学位。现任德国维尔 茨堡大学（University of Wurzburg）植物学第一系——分子植物生理学与生物物理学系 的分子植物生理学教授。本次获奖的研究成果是在德国法兰克福的马克斯．普朗克生物物 理研究所完成。 -- 东风夜放花千树，更吹落，星如雨。宝马雕车香满路。 凤箫声动，玉壶光转，一夜鱼龙舞。 蛾儿雪柳黄金缕，笑语盈盈暗香去。 众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　——【宋】辛弃疾《青玉案・元夕》 --

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