美国、德国3人获奖，2026年首个诺贝尔奖揭晓！这项发现，让人类第一次控制大脑

记者|王嘉琦

编辑|程鹏 兰素英 杜恒峰 校对|梁露月

大脑如何调控情绪、行为与机体功能，长期以来都是未解之谜。20世纪，研究人员开始探究大脑哪些区域对应哪些生理功能，但受限于当时的研究手段，他们无法证明二者之间存在因果关系。那时人们勾勒出的大脑图景，就像一张草图，遍布疑问与未知。

如今，一切正在发生改变。

当地时间10月5日，瑞典卡罗琳医学院宣布，将2026年诺贝尔生理学或医学奖授予卡尔·戴塞洛斯（Karl Deisseroth）、彼得·黑格曼（Peter Hegemann）、格奥尔格·纳格尔（Georg Nagel）三位科学家，以表彰他们在光门控离子通道和光遗传学方面的发现。

图片来源：央视新闻客户端

据界面新闻报道，公开资料显示，卡尔·戴塞洛斯是美国斯坦福大学生物工程与精神病学教授。他是美国国家科学院院士，光遗传学技术主要提出者之一，2021年拉斯克基础医学奖得主。

彼得·黑格曼为德国科学家，柏林洪堡大学生物物理学教授。他早在2018年就因对光控离子通道机制的发现获得了被称为诺贝尔奖风向标的加拿大盖尔德纳国际奖，此后在2020年获得邵逸夫奖，2021年获得拉斯克基础医学奖。

格奥尔格·纳格尔为德国维尔茨堡大学分子植物生理学教授，光遗传学领域研究者。他和彼得·黑格曼曾共同获得邵逸夫奖生命科学与医学奖，获奖原为研发彻底改革神经科学发展的光遗传学技术。

借助光遗传学，人类得以探明神经细胞如何在活体大脑中塑造记忆、情绪与行为。

衣藻里藏着“光控开关”

21世纪初，彼得·黑格曼与格奥尔格・纳格尔发现了Chlamydomonas（衣藻）——一种位于藻细胞表面、具备独特特性的藻类蛋白。当蓝光照射该蛋白时，蛋白上的通道会打开，带电离子流入细胞，进而产生电脉冲。他们发现，无论将这种蛋白置于哪种细胞内，都能让该细胞具备感光能力。

卡尔・戴塞洛斯将通道视紫红质基因导入大鼠神经细胞。用蓝光照射这些细胞，即可触发神经信号。他在2005年发表了这项突破性成果。两年后，这套神经细胞光控开关在活体小鼠的大脑中成功实现。

这种利用光调控神经信号的技术，如今被命名为光遗传学，并迅速在全球产生深远影响。

借助光遗传学，研究者得以解析调控特定记忆、情绪和行为的神经环路，这些环路与神经及精神疾病密切相关。在临床医学领域，科研人员正尝试利用该技术帮助视力受损人群重获视觉。

光遗传学从根本上重塑了人类对大脑的认知。新发现层出不穷，助力人类破解重大谜题之一：我们精妙的大脑究竟如何工作。

彼得·黑格曼使用微型电极，测量光线照射眼点时 Chlamydomonas（衣藻）产生的电信号。藻类的反应速度惊人：光线抵达眼点仅0.5毫秒后，电脉冲便随之产生。

对于这种超快速响应，彼得·黑格曼只想到一种解释：Chlamydomonas（衣藻）体内的这套机制，远比人眼的光反应通路简单。20世纪90年代初，他提出假说：存在单一蛋白复合体，既能捕获光线，又可以充当离子通道。但他的猜想在当时饱受质疑。彼时研究者已经发现很多种类的离子通道，但没有任何一种能够单独对光产生响应。

为验证假说，彼得·黑格曼尝试分离 Chlamydomonas（衣藻）的感光蛋白。但这件事说起来容易做起来难。一旦眼点中的蛋白脱离原生环境，就会变得不稳定、极易受损，很难开展研究。不过在世纪之交，历经多年挫折后，研究团队迎来了一条重要线索：日本科研人员完成了 Chlamydomonas（衣藻）的DNA测序，公开了数千个基因的遗传编码。彼得·黑格曼团队从中找到两个基因，它们和已知捕光蛋白基因高度同源。这两个基因里，会不会就藏着他们苦苦寻找的蛋白编码？

为解开这个疑问，彼得·黑格曼联系了一位同行：法兰克福马克斯・普朗克生物物理研究所的格奥尔格・纳格尔。他掌握关键技术，能够推进这一即将彻底变革神经科学的决定性实验。

一束蓝光即可触发神经信号

格奥尔格・纳格尔使用蛙卵开展蛋白研究。收到两组 Chlamydomonas（衣藻）基因后，他将两组基因分别注入不同批次蛙卵，蛙卵随即大量合成这两种未知蛋白。这些蛋白最终定位在卵细胞膜表面。格奥尔格・纳格尔开始研究它们的功能，并很快证实：彼得·黑格曼在十年前提出的假说成立——新发现的这些蛋白，正是遇光即可打开的离子通道。

这类蛋白被命名为channelrhodopsin-1（1型通道视紫红质）与 channelrhodopsin-2（2型通道视紫红质）。

和彼得·黑格曼的实验结果一致，格奥尔格・纳格尔对 channelrhodopsin-2（2 型通道视紫红质）的表征实验显示：它对光脉冲的响应极强，而且极其迅速。蓝光照射蛙卵细胞后，0.2毫秒内细胞膜上的通道打开，带正电的离子流过通道，产生电信号。

彼得·黑格曼与格奥尔格·纳格尔意识到，他们取得了一项颠覆性发现。他们尝试将 channelrhodopsin-2（2型通道视紫红质）基因导入人类胚胎肾细胞与仓鼠肾细胞。这些细胞获得感光能力：受到光照就会产生电信号。

2003年，彼得·黑格曼与格奥尔格·纳格尔发表实验成果。他们提出，channelrhodopsin-2（2型通道视紫红质）可以作为强大工具，利用光线在细胞内生成电脉冲。在此之后，斯坦福大学一位年轻科学家接过了研究接力棒。

大脑为何产生不同情绪与行为

20世纪90年代，卡尔・戴塞洛斯刚开始学医时，原本打算成为神经外科医生。但他有一段培训经历是在精神科诊所完成。

在那里，他目睹患者承受的巨大痛苦与求助渴望。与此同时，他开始思考：为什么不同人的大脑，运作方式会截然不同？抑郁症患者为何很难感受到愉悦？自闭症、精神分裂症妄想症状的成因是什么？

在攻读医学学位的同时，他取得神经科学博士学位。在实验室里，他使用培养皿中的脑薄片开展研究。这项研究产出不少重要认知，但他意识到：想要理解在临床见到的各类疾病，必须研究神经细胞在活体大脑中的工作状态。

卡尔・戴塞洛斯组建自己的研究团队后，开始寻找能够触发神经细胞电脉冲的蛋白。团队测试了大量候选蛋白。当卡尔・戴塞洛斯听说channelrhodopsin-2（2型通道视紫红质）的发现后，写信联系格奥尔格・纳格尔，希望获取编码该蛋白的DNA。

DNA送达卡尔・戴塞洛斯实验室后，他将其导入培养皿中体外培养的大鼠神经细胞。他担心脆弱的神经细胞会受到外源基因的不良影响，但细胞顺利合成了 channelrhodopsin-2（2型通道视紫红质），没有出现明显异常。研究团队用蓝光照射这些神经细胞，细胞立刻产生反应：光线触发神经信号，并可以传递给其他神经细胞。

2005年，卡尔・戴塞洛斯团队发表这项发现。他们实现了一个决定性里程碑，但卡尔・戴塞洛斯清楚，距离最终目标还有很长的路要走——在活体动物体内调控神经细胞活动。

卡尔・戴塞洛斯随后开启多项合作，包括与彼得·黑格曼、格奥尔格·纳格尔合作。他也向其他科研人员分享这项成果，大家都意识到这项技术蕴藏巨大潜力。以卡尔・戴塞洛斯的实验室为先锋，研究者很快找到更多可开启、关闭神经细胞、响应不同波长光线的蛋白。

2006年，这项全新技术被命名为optogenetics（光遗传学）。一年之后，卡尔・戴塞洛斯成功激活活体小鼠大脑内的神经细胞。研究团队把 channelrhodopsin-2（2型通道视紫红质）基因导入运动皮层的特定神经细胞 —— 运动皮层是大脑负责控制运动的区域。科研人员在小鼠颅骨钻一个小孔，将细光纤伸入大脑，照射神经细胞。借此，他们可以控制小鼠胡须的运动。

同年，卡尔・戴塞洛斯联合其他研究者，利用光遗传学可控唤醒处于睡眠状态的小鼠。

得益于 optogenetics（光遗传学），研究者如今能够在错综复杂的神经束中，精准找到控制不同脑功能的神经细胞。例如，科学家已经定位出调控痛觉、社会行为、渴感、进食、奖赏与注意力的神经环路。

光遗传学还可以用来绘制大脑以外的神经系统与细胞功能图谱。卡尔・戴塞洛斯证实心率会影响情绪：当心脏负荷被迫增加，焦虑情绪会随之增强。

光遗传学开始进入治疗阶段

依托光遗传学获得的认知，全新治疗手段有望获得新的发展。这项技术加深了人类对抑郁症、焦虑症、精神分裂症、阿尔茨海默病、帕金森病等神经与精神疾病特征的理解。

科研人员也迈出了将光遗传学用于临床治疗的第一步。多项正在开展的临床试验，尝试帮助因视网膜色素变性失明的患者恢复视力，这种疾病会破坏视网膜视杆细胞与视锥细胞。

研究人员将类似 channelrhodopsin（通道视紫红质）的蛋白导入失明患者视网膜后，患者恢复了部分视觉；佩戴特制发光眼镜，患者能够分辨并拿起桌面上的物体。

学界也期待光遗传学可以优化人工耳蜗。当前人工耳蜗依靠电刺激听觉神经，如果改用光遗传学技术，耳蜗设备或将更加精准地激活听觉神经。

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