wellbet吉祥访电脑网页版:今年首个诺贝尔奖颁给了“为大脑装开关”的人
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- 作者：wellbet吉祥访电脑网页版
北京时间10月5日，2026年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，卡尔·代塞尔罗思、彼得·黑格曼和格奥尔格·内格尔共同获奖，获奖成果涉及光门控离子通道与光遗传学。斯坦福大学发布的获奖消息确认，这项研究让科学家能够用光控制活体大脑中选定神经细胞的活动，这就是人们所说的为大脑装开关。
听起来像科幻，但开关的核心并非微型芯片，而是一种蛋白质。而寻找它的故事，起点是一种生活在水里的单细胞绿藻。
研究大脑，最难的地方之一，是分清哪些细胞只是参与了一件事，哪些细胞真正推动了这件事。一个人看到危险时，多个脑区可能同时出现活动。我们大家可以记录这些变化，却很难仅凭记录确定，哪一组细胞引发了恐惧，哪一组细胞在处理视觉，哪一组细胞正在准备逃跑。
活动同时出现，并不代表作用相同。研究人员就需要主动改变某些细胞的活动，再观察结果。如果让一组细胞活跃起来，动物的行为随之改变，就能获得更直接的因果证据。如果暂时抑制它们，原本的行为发生明显的变化，又能从另一个方向检验它们的作用。
此前，科学家已经可使用电刺激、药物和其他方法干预神经活动，但精确程度各有局限。电刺激作用于一个位置时，附近不一样的细胞和经过该处的神经纤维，都可能受一定的影响。药物可以针对某些受体，却需要扩散和代谢，难以跟上神经信号瞬息万变的节奏。
光遗传学把两个优势结合起来，遗传学方法帮助选定细胞，光照帮助决定干预发生的时间。研究人员由此能够精细研究，同一个脑区里，某一类细胞在何时发挥作用？它们通向另一个脑区的连接，究竟参与了哪种行为？
衣藻是一种单细胞绿藻，能利用鞭毛在水中游动，也能根据光照调整运动。对需要进行光合作用的生物来说，感知光线具有直接意义。而对于生物学家而言，他们更想知道的是，光进入细胞后，究竟通过什么机制变成了运动指令？
黑格曼、内格尔及合作者研究之后发现，衣藻拥有一类特殊的通道视紫红质。它们能够感受光照，同时构成供离子通过的通道。离子是带电粒子，细胞膜把细胞内外隔开，也维持着两侧的电位差。当膜上的通道打开，离子的流动就可能改变细胞的电状态。
2003年发表的一项关键研究证明，通道视紫红质2能够直接受光控制，并让阳离子通过。研究人员将它放入蛙卵母细胞和哺乳动物细胞后，同样观察到了光照触发的电流。
这一步最重要，它说明绿藻的感光机制可以在其他细胞中工作。研究者不必搬走绿藻整套复杂的生命系统，只要让目标细胞制造合适的感光蛋白，就有机会赋予它新的光响应能力。
神经细胞恰好也是依靠电位变化传递信息的细胞。于是，一个大胆的设想出现了。既然这种蛋白质能够把光转化为细胞膜上的电变化，能否把它送进神经细胞，让神经细胞接受光的指令？绿藻研究和脑科学，就这样连接在了一起。
所谓给神经细胞装开关，常常要先把编码感光蛋白的基因送入目标细胞。基因提供制造蛋白质的指令，细胞按照这份指令，产生感光蛋白，并将其安排到细胞膜上。研究人员还会利用细胞类型、基因调控元件等条件，让感光工具尽量出现在需要研究的细胞里。
随后，光才有了明确的作用对象。以常用的通道视紫红质2为例，合适的蓝光照到蛋白质上，通道打开，阳离子流动使神经细胞膜发生去极化。如果变化达到某些特定的程度，细胞就能触发动作电位，也就是沿神经细胞传播的电信号。
2005年，代塞尔罗思与合作者在《自然·神经科学》发表研究，实现了对神经活动的毫秒级光学控制。这项论文的作者还包括爱德华·博伊登、张锋等研究者，突破来自团队合作和此前多年的基础积累。
能够激活细胞之后，研究人员又发展出抑制神经活动的光控工具。例如，利用光驱动的氯离子泵，能改变细胞膜电位，使神经细胞更难发出信号。2007年的相关研究展示了快速、可逆的双向光学调控。
光遗传学最引人关注的应用之一，是研究记忆。2012年，《自然》发表了一项小鼠实验。研究人员在小鼠经历恐惧学习时，标记海马中一部分活跃的神经细胞，并让这些细胞表达感光蛋白。随后，小鼠被放到另一个环境中。研究人员用光重新激活被标记的细胞，小鼠出现了与恐惧记忆提取相关的僵直行为。
实验的震撼之处在于，原来的情境没有重新出现，仅仅改变特定细胞群的活动，就能够引出相关行为反应。这为记忆痕迹的研究提供了重要证据，一次经历会使某些神经细胞群发生明显的变化，而重新激活这些细胞，能够参与唤起与经历有关的反应。
此外，这项技术还能用于病患治疗。2021年，《自然·医学》报告，一名因视网膜色素变性而失明的患者，在接受光遗传学干预并佩戴特制眼镜后，恢复了部分视觉功能。
视网膜色素变性会造成感光细胞退化，一般的情况下，视杆细胞和视锥细胞接收光线，再通过视网膜神经网络把信息传向大脑。当这些感光细胞大量丧失，视觉输入就会严重受损。
研究团队尝试赋予仍然存活的视网膜神经节细胞感光能力，他们通过眼内注射载体，送入编码感光蛋白ChrimsonR的基因，再用特制眼镜将外界场景转化为对应的光脉冲，投射到视网膜上。
在训练和测试中，患者佩戴眼镜、使用接受治疗的眼睛时，能够感知、定位、计数并触碰某些物体。没有佩戴眼镜时，他仍没办法完成相同的视觉检测任务。这是一项实实在在的进展，原本没办法完成的视觉任务，开始有了完成的可能。
在癫痫研究中，科学家还开展过动物实验，通过实时监测异常神经活动，在需要时启动光学干预，探索中断发作的方法，相关研究为按需调控神经回路提供了实验依据。
