10月5日，美国科学家卡尔·戴塞罗思（Karl Deisseroth）、德国科学家彼得·黑格曼（Peter Hegemann）和格奥尔格·内格尔（Georg Nagel）因在光控离子通道和光遗传学方面的发现，荣膺2026年诺贝尔生理学或医学奖。
三位获奖者的研究，让科学家给神经元装上了“光控开关”。他们从一种会追逐光线的单细胞藻类出发，发现了能被光打开的离子通道，并进一步用这种来自藻类的蛋白质控制神经细胞。由此诞生的光遗传学，让科学家能在活体大脑中，以毫秒级速度精准控制特定神经细胞。
这一切始于黑格曼的好奇心。20世纪90年代初，他对一个看似简单的问题产生了兴趣：莱茵衣藻为什么能朝着光线游动？
这种单细胞藻类表面的“眼点”能感知光线，那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，即视黄醛。实验显示，光打到眼点后仅约0.5毫秒，藻类细胞就会产生电信号。
如此迅速的反应让黑格曼猜测，藻类体内或许存在一种特殊蛋白质，能同时干两件事：既能感受光线，又能充当离子通道，把光信号转化为电信号。
黑格曼团队之后发现了两个与光感受蛋白相关的基因。内格尔将这两个基因分别注入蛙卵细胞，使蛙卵细胞大量产生相应蛋白质。实验结果终于揭示，这些蛋白质本身就是能被光控制的离子通道。
其中一种蛋白质后来被称为“通道视紫红质-2”。它的特别之处在于，只要受到蓝光照射，通道就会迅速打开，带正电的离子随即流入细胞，引发电信号。
更让人兴奋的是，它并不只在藻类细胞里有用。2003年，黑格曼和内格尔发表研究成果，提出可利用通道视紫红质-2，通过光线在细胞中产生电信号。
这项发现恰好为科学家多年前的一个设想提供了现实工具。1962年诺贝尔生理学或医学奖得主弗朗西斯·克里克曾设想，如果能让单个神经细胞对光产生反应，就有可能利用光控制它们的活动。
戴塞罗思给出了答案。他将编码这种蛋白质的基因导入大鼠神经细胞。结果，神经细胞能正常产生通道视紫红质-2。蓝光一照，它们立即产生神经信号，并把信号传递出去。
2005年，戴塞罗思团队发表了这一突破性成果。两年后，他进一步让这种由光控制的“开关”在活体小鼠的大脑中发挥作用。他们把通道视紫红质-2导入小鼠运动皮层中的特定神经细胞，再通过光纤向大脑传递蓝光，就能控制小鼠的胡须运动。
这种利用光来控制神经信号的方法，如今被称为“光遗传学”。随着技术发展，科学家发现，它不仅能帮助解析大脑神经回路，也可能为神经系统疾病治疗提供新思路。
光遗传学从根本上改变了人们研究大脑的方式。如今，科学家能借助这项技术精准控制特定神经细胞，并进一步探索大脑的工作机制，逐步解开大脑究竟是如何工作的这一困扰人类已久的谜题。
（科技日报记者 张佳欣）
