一束光，如何开关大脑？ 三个男人、一池绿藻，赢得了2026 年诺贝尔生理学或医学奖

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2026 年 10 月 5 日，瑞典卡罗琳医学院宣布：将诺贝尔生理学或医学奖授予美国斯坦福大学 D. H. Chen 生物工程讲席教授、精神病学与行为科学教授、霍华德・休斯医学研究所（HHMI）研究员卡尔・戴塞洛特（Karl Deisseroth）；德国柏林洪堡大学实验生物物理学教授、赫蒂（Hertie）神经科学资深讲席教授彼得・赫格曼（Peter Hegemann）；以及德国维尔茨堡大学分子植物生理学与生物物理学教授格奥尔格・纳格尔（Georg Nagel），以表彰他们在 "光控离子通道和光遗传学" 上的发现。

他们的成果如何改变世界？简单来说，他们让科学家拥有了一种近乎科幻的能力：用“光”作为开关，精准控制大脑中的神经元。赫格曼和纳格尔l研究发现了一类非常特别的蛋白—通道视紫红质：它原本存在于能够感受光线的微藻中，可以把光信号转化为离子流。后来，戴塞洛特将相关基因导入神经元。于是，一件神奇的事情发生了：蓝光照射 → 离子通道打开 → 神经元被激活

换句话说，这就像给神经细胞安装了一个“遥控灯开关”。更重要的是，这个开关后来不仅能用于培养皿中的细胞，还能在活体动物的大脑中工作。

医生的妄想：给大脑装一个开关

“在我看来，自己的大脑是最难以解释的机械——它永远在嗡嗡作响、低吟震颤、凌空翱翔、呼啸轰鸣、骤然俯冲，继而又沉陷泥沼。可这是为什么？这份强烈的驱动力究竟来自何处？”

这是弗吉尼亚·伍尔夫1932年在写给友人的信中留下的文字。许多人都和她一样对大脑充满好奇。这个重量仅约1.3千克的器官，为何能承载童年记忆、白日幻想与创造力？为何能成为喜悦、爱意与嫉妒的源头？它又是如何调控心跳节律、呼吸节奏与睡眠周期的？

卡尔・戴塞洛特（Karl Deisseroth）、彼得・赫格曼（Peter Hegemann）和格奥尔格・纳格尔因发现神经细胞的分子开关而获得2026年诺贝尔奖。借助光，研究人员如今可以开启或关闭大脑中的单个神经回路。他们可以唤起记忆、触发情绪、驱动行为，还能研究参与各类精神疾病与神经疾病的神经元类型。光遗传学正在从根本上改变我们对大脑的认知，也为理解神经系统如何与身体其他部位（如心脏、肠道）的各类细胞相互作用提供了重要洞见。

故事的主角之一，美国斯坦福大学的卡尔・戴塞洛特，白天是一名精神科医生。他收治的，常常是被其他医生判了 "无解" 的病人 —— 重度抑郁、自闭症、精神分裂。他曾眼睁睁看着一个叫萨莉的抑郁女性被疾病吞噬，最后只能建议医生在她锁骨下植入一个电池装置，用电脉冲去刺激迷走神经。

这种治疗让他深深不安。人脑里约有 860 亿个神经元，药物像一场淹没整片大陆的洪水，电极像一把不分敌我的大锤 —— 可医生真正想知道的是：在这密如星河的网络里，究竟是哪一簇神经元在哭泣？

年轻的戴塞洛特冒出一个近乎科幻的念头：能不能给某一类神经元，单独装上一个开关？想让它放电就放电，想让它沉默就沉默。

起源：单细胞绿藻中藏着的密码

解决这一世纪难题的灵感，始于一位研究者的好奇心。

20世纪90年代初，位于马丁斯雷德的马克斯·普朗克生物化学研究所的彼得·赫格曼被一个旁人看来毫不起眼的问题迷住了：池塘里的单细胞绿藻 —— 莱茵衣藻，为什么会朝着光游动？

这种绿藻没有眼睛，没有神经，简单到只有一个细胞。可只要给它一道闪光，它能在几毫秒之内猛地调转泳向。赫格曼据此大胆猜测：它体内一定存在一种蛋白，一个人干完两件事 —— 既能感知光，又能立刻发出电信号、指挥鞭毛转向。

藻类依靠眼点感知光线，这是细胞表面的一个微小橙色斑点，内含可捕获光的分子——视黄醛（retinal）。赫格曼对藻类的眼点展开了研究。他使用微型电极，测量眼点被光照时，衣藻内部产生的电信号。藻类的反应速度快得惊人：光线抵达眼点仅半毫秒后，就会产生电脉冲。

与当时研究者已知的其他生物系统相比，这一反应速度快得非同寻常。例如，光线进入人眼后，会触发一系列复杂的化学反应，涉及多个不同步骤。这一反应链的最后一种蛋白——离子通道——会在细胞表面形成一个开口，带电离子可从中流过，进而产生电信号。整个过程至少需要10毫秒。那么，为何衣藻对光的反应速度比人眼快20多倍？

对于这种超快反应，赫格曼只能想到一种解释：衣藻体内的这一过程肯定比人眼内的简单得多。20世纪90年代初，他提出假说：存在一种单一的蛋白复合体，既能捕获光，又能充当离子通道。但他的这一观点遭到了质疑。当时，研究者已经发现了多种不同类型的离子通道，但没有一种能独立对光产生反应。

为了验证自己的假说，赫格曼尝试分离衣藻的光敏蛋白。但这说起来容易做起来难。当藻类眼点内的蛋白脱离天然环境后，就会变得不稳定，极易受损，难以开展研究。不过，在千禧年前后，历经多年挫折后，他的研究团队取得了一项有趣的发现。日本研究者已经完成了衣藻的DNA测序，公开了数千个基因的遗传密码。赫格曼团队在这些基因中发现了两个与已知的光捕获蛋白基因具有高度相似性的基因。这两个基因中，是否藏着他们寻找的目标蛋白的编码序列？

为了回答这个问题，赫格曼联系了一位同行：位于法兰克福的马克斯·普朗克生物物理研究所的乔治·纳格尔。他具备开展下一步关键研究所需的专业知识。

在那个年代，这是个冷得不能再冷的课题。然而，这一发现，最终彻底改变了神经科学的发展轨迹。

决定性的实验：蓝光一闪，电流应声而至

蛋白是找到了，可它究竟是不是那个 "感光又放电" 的开关？证实这一步的，是另一位德国人 —— 格奥尔格・纳格尔。

纳格尔把这两段基因，分别送进了非洲爪蟾的卵母细胞 —— 那是一种个头巨大、极适合测量电流的细胞。蛋白被合成出来，稳稳地嵌进了细胞膜。他很快发现，赫格曼在十年前提出的假说是正确的：新发现的蛋白是一种离子通道，遇到光照时就会开放

然后，历史性的一刻到来：蓝光一打，膜上的蛋白通道轰然洞开，带正电的离子蜂拥而入，仪器上立刻跳出一道电流。光一撤，通道关闭，电流消失。赫格曼十年前的假说，被干净利落地证实了。

他们将这两个蛋白命名为 "通道视紫红质 1 号、2 号"（ChR1、ChR2）。

更意味深长的是下一步：纳格尔发现，哪怕把这种蛋白放进原本对光毫无反应的其他细胞—— 比如人的肾脏细胞 —— 那个细胞也会瞬间学会 "响应光"。

等于说，大自然交出了一个即插即用的 "光控开关"。它躺在一篇专业论文里，多年后，终于等待到一个能读懂它分量的人——正是前文提到的卡尔・戴塞洛特。

2004 年，刚在斯坦福建起自己实验室的戴塞洛特，读到了这篇论文。他写信给乔治·纳格尔，询问能否获取编码该蛋白的DNA序列。他几乎立刻意识到：这就是他要找的那把钥匙。

当DNA序列送到戴塞洛特的实验室后，他将其导入培养在培养皿中的大鼠神经细胞。他原本担心，敏感的神经细胞会受到外源基因的负面影响，但这些细胞毫无障碍地开始生产视紫红质通道蛋白2。当研究团队用蓝光照射这些神经细胞时，细胞立刻产生了反应：光触发了神经信号，信号可传递至其他神经细胞。

深夜的显微镜下，当一道蓝光落在神经元上，细胞应声爆发出一连串动作电位 ——那枚绿藻用来追光的开关，真的在哺乳动物的脑细胞上运转了。

2005 年，这项成果正式发表，爱德华・博伊登（Edward Boyden）为第一作者，当时年仅 23 岁、研究生二年级的张锋（Feng Zhang）是第二作者。2006 年，戴塞洛特和同事给这套方法起了一个名字 ——光遗传学（Optogenetics）。

在戴塞洛特实验室的引领下，研究者很快发现了更多可开关神经细胞活动、可被不同波长的光激活的蛋白。

一年后，戴塞洛特成功激活了活体小鼠大脑内的神经细胞。他的研究团队将视紫红质通道蛋白2的基因导入运动皮层——大脑中负责调控运动的区域——的某一特定类型神经细胞中。随后，他们通过颅骨上的一个小孔，将一根细光纤伸入大脑，照射这些神经细胞。借助这一方法，他们实现了对小鼠胡须运动的控制。

同年，戴塞洛特与其他研究者合作，利用光遗传学以可控的方式唤醒了睡眠中的小鼠。研究团队将视紫红质通道蛋白2导入一种近期发现的神经细胞类型中，他们怀疑这种细胞负责调控觉醒状态。当他们用光照射这些神经细胞时，小鼠醒了过来，证实了此前的假说。

此后，工具箱不断扩充：来自绿藻的通道蛋白，在蓝光下让神经元兴奋；科学家又从嗜盐菌中借来抑制性蛋白，在黄光照耀下让神经元安静。蓝光是 "go"，黄光是 "stop"。

这正是戴塞洛特当年梦寐以求的 "手术刀"。

它如何改变了世界?

光遗传学迅速成为全球神经科学实验室的标配，被《自然・方法》评为年度技术，被称作神经生物学领域数十年来最重要的突破之一。借助它，科学家第一次能因果性地追问：

- 哪一簇神经元掌管奖赏、恐惧、睡眠与成瘾？

- 帕金森病模型小鼠的运动障碍，为何能被一束光瞬间 "叫停"？

- 抑郁、自闭症、精神分裂的大脑里，究竟是哪条回路出了错？

借助光遗传学，研究者如今可以准确识别复杂神经束中的哪些细胞负责调控不同的大脑功能。例如，他们已经识别出调控痛觉、社会行为、渴感、进食、奖赏与注意力的神经回路。他们还发现了负责各类功能的神经细胞，小到调控昼夜节律，大到免疫系统激活时引发发热。

它为治疗失明、缓解慢性疼痛、理解成瘾和情绪疾病，逐一指明了精确的神经回路和药物靶点。

人们希望，利用光遗传学获得的知识能够催生新的治疗方法，这一期望已经开始逐步实现。这一方法帮助研究者更深入地理解了抑郁症、焦虑症、精神分裂症、阿尔茨海默病、帕金森病等精神与神经疾病的核心特征。

研究者也已经迈出了将光遗传学用于临床治疗的第一步。在正在开展的临床试验中，研究者尝试为因视网膜色素变性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。当他们将一种类似视紫红质通道蛋白的蛋白导入盲人的视网膜后，患者恢复了部分视力。借助可发射光线的特殊眼镜，患者能够识别并拿起桌上的物体。

人们也希望光遗传学能够改进人工耳蜗。目前，这类植入装置通过电信号刺激听神经。如果可以改用光遗传学技术，植入装置或许能以更高的精度激活听神经。

事实上，这三位科学家早在 2013 年就共获路易斯・让泰医学奖、2021 年共获有 "诺奖风向标" 之称的拉斯克奖，此次问鼎诺贝尔奖，可谓水到渠成。OPUS WürzburgWu Tsai Neurosciences Institute

最冷门的问题，照亮最深的黑暗

这是一个关于好奇心如何被奖赏的故事。

赫格曼研究绿藻时，从没想过要治疗抑郁症，他只是想弄明白：一只绿藻为何追光；纳格尔只是执拗地想看清，一个蛋白通道如何被光推开；而戴塞洛特，把池塘里这份微小的奇迹，接到了人类所能面对的最深谜题上。

三个人，像接力赛一样，把一个看似无用的基础问题，跑成了改变世界的工具。860 亿神经元组成的黑暗大陆，曾让人类束手无策；如今，一束蓝光穿过颅骨，照亮了其中一条又一条原本不可见的路。

也许这正是诺贝尔奖最想告诉世人的事：所有石破天惊的伟大应用，最初都始于一个天真的、"没有用处" 的问题。