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2026诺奖得主独家撰文：如何用光遥控大脑？
本文是2026年诺贝尔生理学或医学奖得主卡尔·戴瑟罗斯在2010年为《科学美国人》撰写的文章，亲自讲述了光遗传学从诞生到应用的完整故事。核心结论是，通过将微生物的光敏蛋白（视紫红质通道蛋白）基因转入哺乳动物神经元，科学家能以毫秒级精度用光控制特定神经元的电活动，从而以前所未有的精确度研究神经回路与行为、疾病的关系。文章以第一人称视角，详细描述了从发现关键基因到克服重重实验困难、最终成功并命名该技术的科研历程，并探讨了其在睡眠障碍、帕金森病、精神分裂症等疾病研究中的应用前景。适合对神经科学、生物技术前沿或诺贝尔奖得主科研心路历程感兴趣的读者，能获得比新闻报道更深入的一手视角和细节。原文 ↗
核心观点
- ▍光遗传学通过向特定神经元导入单一微生物视蛋白基因，实现了用光以毫秒级精度控制神经元放电，为研究大脑功能和精神疾病提供了前所未有的工具。
- ▍光遗传学的发展路径证明了基础科学研究和保护罕见生态位的重要性，过于集中目标的研究策略可能会拖慢创新进程。
- 012005年，戴瑟罗斯团队成功在培养的哺乳动物神经元中转入视紫红质通道蛋白-2基因，仅用安全剂量的可见光脉冲就以毫秒级精度控制了神经元动作电位。
- 02该技术的成功部分得益于大自然意想不到的馈赠：哺乳动物组织中天然含有足量的全反式视黄醛，作为光子激活视蛋白的关键辅助因子，因此除视蛋白基因外不需要转入其他基因。
- 03关键视蛋白的发现历程：2002年黑格曼和内格尔发现对蓝光反应的ChR1；2003年发现ChR2；2008年张锋在团藻中发现对黄光反应的VChR1。
- 04光遗传学已用于研究多种疾病：在小鼠中控制下丘泌素细胞证实其电活动具唤醒效应，与嗜睡症相关；通过刺激特定多巴胺能神经元研究奖赏感；在帕金森病模型中揭示了大脑深度刺激的最佳机制可能是在于影响细胞间的连接点。
- 05通过与fMRI技术结合，光遗传学证实了局部兴奋性神经元放电足以诱导出能被fMRI检测到的复杂信号，有助于验证和完善神经科学的文献资料。
反方 / 局限
- — 作者承认，在他之前不少科学家想过将微生物视蛋白基因转入神经元操控，但因担心成功率极低（动物细胞难以高效合成微生物蛋白、反应可能又慢又弱）而放弃。
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