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给神经细胞装一个“光控开关”:诺奖解读
2026-10-08 12:10
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  今天,诺贝尔生理学或医学奖授予卡尔·戴塞尔罗特(Karl Deisseroth)、彼得·赫格曼(Peter Hegemann)和格奥尔格·纳格尔(Georg Nagel),表彰他们在光控离子通道和光遗传学方面的发现。

  若想用一句话概括他们的成果,那就是:他们找到了一种用光来精确控制神经细胞活动的方法。

  大脑里上千亿个神经元以毫秒级的速度互相通信,而我们以前几乎没有手段去“点对点”地控制其中某一个或某一群神经元的活动。电刺激太粗放,药物无法做到精准,基因手段又缺乏时间上的精确性。光遗传学改变了这一切:科学家现在可以用一束光,在特定的时刻、激活或抑制特定类型的神经细胞,精度可以达到毫秒级。

  以前,科学家就已经知道光可以影响某些微生物的行为。但神经元本身并不天然对光敏感,要让它们对光产生反应,就必须找到一种“光敏蛋白”,也就是在光照下能够打开或关闭离子通道的蛋白质,并将它导入神经细胞中。而这个关键分子,藏在一种叫莱茵衣藻的单细胞绿藻里。这种藻类会朝着光线游动,赫格曼多年来一直在研究它的感光机制。2002年,赫格曼与纳格尔合作,成功鉴定出了第一个光控离子通道蛋白的基因,将其命名为通道视紫红质(channelrhodopsin,简称ChR)。

  此后,戴塞尔罗特将ChR引入哺乳动物的神经元中,并通过光纤将蓝光导入活体小鼠的大脑,成功实现了对特定神经元的精确控制。这标志着现代光遗传学的诞生。

  光遗传学让科学家可以人为地激活或抑制某一群神经元,看动物会发生什么行为变化。在记忆研究中,科学家用光遗传学成功唤醒了小鼠被“遗忘”的记忆;在奖赏系统研究中,科学家精确找到了驱动成瘾行为的具体神经环路;在运动控制研究中,光遗传学帮助揭示了帕金森病中基底节环路的功能紊乱机制。

  在现实应用中,最令人振奋的进展来自视力恢复。对视网膜色素变性,光遗传学提供了一个巧妙的解决方案:即使感光细胞死了,视网膜中其他类型的神经元往往还存活,科学家通过基因治疗将光敏蛋白导入这些残存的神经元,让它们“替代”感光细胞来感知光线。

  同时,在帕金森病领域,光遗传学研究已经帮助科学家厘清了深部脑刺激(DBS)为什么有效、刺激哪个靶点最合适。

  此外,光遗传学在癫痫发作抑制、神经性疼痛缓解、脊髓损伤后运动功能恢复等方向也展现出前景。(艾丽格玛)

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