標題: 2026諾貝爾獎揭開序幕，醫學獎今打頭陣！「光遺傳學」先驅獲獎，解開大腦記憶 　　　與情緒機制之謎 新聞來源: https://www.storm.mg/article/11169927 https://i.meee.com.tw/J3n2DGb.jpg 風傳媒 李忠謙 這個星期又迎來緊湊的諾貝爾週，今（5）日由諾貝爾生理學或醫學獎揭開序幕，依慣例 由瑞典斯德哥爾摩的卡羅林斯卡學院（Karolinska Institutet）公布：彼得．赫格曼（ Peter Hegemann）、格奧爾格．納格爾（Georg Nagel）與卡爾．代塞羅斯（Karl Deis- seroth）「因在光門控離子通道與光遺傳學方面的發現」獲得殊榮。根據諾獎委員會發布 的新聞稿，三人的發現催生了「光遺傳學」（optogenetics），讓科學家得以呈現神經細 胞如何在活體大腦中形塑記憶、情緒與行為，為神經科學開啟新紀元。 大腦如何調控情緒、行為與各項生理機能，一直都是科學界的未解之謎。諾獎委員會的新 聞稿指出，20世紀的科學家雖已著手探究大腦哪些區域掌管哪些功能，但受限於研究方法 ，無法證明其中的因果關係，對大腦的認知猶如一張布滿問號的草圖。諾貝爾生理學或醫 學委員會主席佩爾．史文寧森（Per Svenningsson）表示：「光遺傳學讓我們有機會以過 去只能夢想的方式繪製大腦圖譜。」 用光操控神經細胞，曾被視為遙不可及的夢想。但1962年諾貝爾獎得主、DNA雙螺旋結構 發現者之一的克里克（Francis Crick），後來投入意識研究時便曾設想：神經訊號傳遞 極快，若要跟上這個速度，最理想的工具或許是光。克里克也坦言，這個點子聽來異想天 開，但未必不可能實現。 綠藻感光催生「光遺傳學」 1990年代初期，任職於德國馬克斯普朗克生物化學研究所的赫格曼對一個現象感到好奇： 單細胞綠藻「衣藻」（Chlamydomonas）為何能對光如此迅速地反應？衣藻以細胞表面一 個橘色的「眼點」感光，赫格曼以微電極測量發現，光線照到眼點後僅半毫秒就產生電訊 號；相較之下，人眼從感光到產生電訊號至少需要10毫秒，衣藻竟快了20倍以上。他因此 提出假說：衣藻體內有一種蛋白質，能同時捕捉光線充當離子通道。但當時已知的離子通 道，沒有任何一種單靠「光」就可啟動，這項假說也一度遭到質疑。 千禧年前後，日本的研究人員公開衣藻的基因序列，赫格曼團隊從中找到兩個與已知感光 蛋白相似的基因，並交給馬克斯普朗克生物物理研究所的納格爾。納格爾將基因注入青蛙 卵細胞，證實它們製造出的蛋白質正是照光就會開啟的離子通道，赫格曼十年前的假說終 獲證實。 這兩種蛋白質被命名為「光敏感通道蛋白」1號與2號（通道視紫質，channelrhodopsin-1 、-2），其中2號在照光後0.2毫秒內就能開啟，讓帶正電的離子流入並產生電訊號；兩人 將它的基因植入人類胚胎腎細胞與倉鼠腎細胞，這些細胞也都變得對光敏感。無論將這種 蛋白質放入哪一種細胞，該細胞都會變得對光敏感。兩人於2003年發表成果，並提出這種 蛋白質可作為以光在細胞中產生電訊號的強大工具。 植入活體大腦操控行為 史丹佛大學的代塞羅斯在醫學院求學期間曾到精神科受訓，病人的痛苦讓他開始思索：為 何憂鬱症患者難以感受快樂？是什麼導致自閉症或思覺失調症的妄想？他意識到，要理解 這些疾病，必須研究活體大腦中的神經細胞如何運作。 得知光敏感通道蛋白2號的發現後，代塞羅斯寫信向納格爾索取基因，並將它植入培養皿 中的大鼠神經細胞。照射藍光後，神經細胞立即產生神經訊號，並能傳遞給其他神經細胞 。研究團隊於2005年發表這項成果。2006年，這項新方法被命名為「光遺傳學」。隔年， 代塞羅斯團隊將基因送入活體小鼠大腦運動皮質的特定神經細胞，再以穿過頭骨小孔的細 光纖照光，成功操控小鼠鬍鬚的擺動。 諾獎委員會也列舉了光遺傳學早期的代表性研究：代塞羅斯與合作者2007年以光喚醒熟睡 的小鼠，證實一類新發現的神經細胞掌管清醒；2012年，他與1987年諾貝爾獎得主利根川 進合作，重新活化小鼠形成恐懼記憶的神經細胞，即使身處安全環境，小鼠仍表現出恐懼 ，這是科學家首度證明哪些神經細胞是特定記憶所必需。此後，研究人員陸續找出掌管痛 覺、社交行為、口渴、進食、獎賞與注意力的神經迴路，也加深了對憂鬱症、焦慮症、思 覺失調症、阿茲海默症與帕金森氏症等疾病特徵的理解。 為失明與失聰患者點燃希望 光遺傳學如今不僅廣泛用於解析記憶提取、成癮行為、恐懼制約及睡眠覺醒等神經迴路， 更已跨出動物模型，邁向人體臨床應用。 諾獎委員會的新聞稿指出，在臨床醫學上，研究人員正嘗試運用這項方法讓視障者恢復視 力。在進行中的臨床試驗裡，研究人員嘗試讓因「視網膜色素病變」（Retinitis Pigme- ntosa, RP）而失明的患者恢復視力，這種疾病會破壞眼睛的視桿細胞與視錐細胞。研究 人員在一名盲人的視網膜中植入類似光敏感通道蛋白的蛋白質後，對方恢復了部分視力， 配戴會發光的特製眼鏡後，能辨識並拿取桌上的物品。科學家也期待，未來能以光遺傳學 改良人工電子耳，用光取代電流，更精準地刺激聽覺神經。 獎金方面，今年各獎項的獎金為1200萬瑞典克朗（約合127萬美元），較去年增加約9%。 若同一獎項有多位得主，將依規定分配獎金，今年生醫獎由三人均分。生醫獎週一（5日 ）揭曉後，週二（6日）將公布物理學獎，週三（7日）為化學獎，週四（8日）為文學獎 ，備受矚目的和平獎週五（9日）公布，壓軸的經濟學獎（瑞典中央銀行紀念諾貝爾經濟 學獎）則將於下週一（12日）出爐。 -- 原檔：（部分） 在光遺傳學出現前，神經科學界若要刺激大腦細胞，多仰賴微電極放電或注射神經化學藥 物。然而，電刺激無法區分周遭不同種類的神經元，往往引發廣泛而雜亂的組織反應；化 學藥物則受限於擴散速度，耗時數秒至數分鐘，無法跟上神經訊號傳導以毫秒計的節奏。 綠藻感光蛋白的突破 在光遺傳學問世前，神經科學界若要刺激大腦細胞，多仰賴微電極放電或注射神經化學藥 物。然而，電刺激無法精準區分周遭不同種類的神經元，往往引發廣泛而雜亂的組織反應 ；化學藥物則受限於擴散速度，耗時數秒至數分鐘，無法跟上神經訊號以毫秒計的傳導節 奏。 光遺傳學的核心突破，始於赫格曼對單細胞綠藻「衣藻」（Chlamydomonas）趨光泳動特 性的探究。2000年代初期，赫格曼與納格爾在綠藻細胞表面發現一種具獨特特性的蛋白質 「光敏素」（Channelrhodopsin）。當受到藍光照射時，該蛋白質通道會開啟，帶電離子 隨之流入細胞並產生電脈衝；研究更證實，無論將該蛋白質植入何種細胞，該細胞都會具 備感光能力。 得獎呼聲高，終於斬獲桂冠 代塞羅斯隨後將光敏素基因植入大鼠神經細胞，證實以藍光照射即可誘發神經訊號，於 2005年發表突破性成果，並在兩年後進一步將這項神經細胞光控機制應用於活體小鼠大腦 。光遺傳學結合基因工程與光學刺激，利用腺相關病毒（AAV）等基因載體，將「光敏感 通道蛋白」（Opsins）基因送入特定神經元，讓科學家得以在毫秒等級的精確維度下「開 關」特定神經元。 在技術發展歷程中，多位國際先驅亦奠定深厚基礎：麻省理工學院（MIT）神經工程學中 心主任愛德華．博伊登（Edward Boyden）曾與代塞羅斯攜手建立完整光控實驗體系；馬 克斯普朗克生物化學研究所的迪特．厄斯特海爾特（Dieter Oesterhelt）最早揭示微生 物光敏蛋白的晶體結構與離子轉運機制；牛津大學生理學教授格羅．米森伯克（Gero Miesenbock）則早在2002年於果蠅實驗中驗證利用感光蛋白調控神經活動的概念。 臨床試驗點亮復明契機 歐美研究團隊近年針對遺傳性「視網膜色素病變」（Retinitis Pigmentosa, RP）晚期患 者進行基因治療臨床試驗。醫師將編碼光敏蛋白的基因載體注入患者眼球，使退化視網膜 中尚存的神經節細胞轉化為感光細胞，並讓受試者配戴特製光學投影眼鏡，將環境影像轉 化為特定波長的脈衝光訊號。試驗結果顯示，近乎全盲的受試者已能重新辨識物體輪廓、 桌面物件及斑馬線條紋，為神經退化性失明帶來劃時代的修復途徑。 附按：官方背景介紹 Karl Deisseroth，1971 年出生。1998 年於美國史丹佛大學取得博士學位，2000 年取得 醫學博士學位。現任美國霍華德．休斯醫學研究所（Howard Hughes Medical Institute ）及史丹佛大學 D. H. Chen 講座教授，並擔任生物工程學系、精神醫學與行為科學系教 授。 Peter Hegemann，1954 年出生。1984 年於德國馬丁斯里德（Martinsried）的馬克斯． 普朗克生物化學研究所取得博士學位。現任德國柏林洪堡大學（Humboldt University of Berlin）赫蒂神經科學資深教授（Hertie Senior Professor of Neuroscience）。本 次獲獎的研究成果是在德國馬丁斯里德的馬克斯．普朗克生物化學研究所完成。 Georg Nagel，1953 年出生。1988 年於德國法蘭克福大學取得博士學位。現任德國維爾 茨堡大學（University of Wurzburg）植物學第一系——分子植物生理學與生物物理學系 的分子植物生理學教授。本次獲獎的研究成果是在德國法蘭克福的馬克斯．普朗克生物物 理研究所完成。 -- 東風夜放花千樹，更吹落，星如雨。寶馬雕車香滿路。 鳳簫聲動，玉壺光轉，一夜魚龍舞。 蛾兒雪柳黃金縷，笑語盈盈暗香去。 眾裡尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　——【宋】辛棄疾《青玉案・元夕》 --

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