网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

光遗传学技术诞生记:从藻类发现到活体大脑的精准调控

0
分享至

美国科学家卡尔·戴塞罗思、德国科学家彼得·黑格曼和格奥尔格·内格尔最终获得2026年诺贝尔生理学或医学奖。

两位德国科学家从一种追着光游泳的绿色小藻身上找到了感光蛋白,戴塞罗思则把它改造成神经细胞的“光控开关”。这项名为光遗传学的技术,正在改写人类对大脑的理解。

藻类的“眼点”凭什么比人眼更快?

简单而言:光遗传学就是给脑细胞装上“光控开关”,然后用光去遥控它们。

但这个开关是否存在,科学家们都研究了许多年。

故事的起点是这样的:20世纪90年代初,在马克斯·普朗克生物化学研究所工作的黑格曼注意到:单细胞绿藻衣藻会游向光源。

藻类靠细胞表面的“眼点”感光,其中藏着视黄醛这类捕光分子。黑格曼用微小的电极测量衣藻眼点被照亮时的反应,结果令人意外:光照后仅半毫秒,电信号就出现了。

作为对比,人眼看东西要经历多步化学反应,至少需要10毫秒。藻类凭什么比人眼快20多倍?

黑格曼只能想到一种解释:藻类的感光过程必定比人眼简单得多。于是,他提出假说:衣藻体内有一个单一蛋白,既能捕获光,本身又是离子通道。

这个说法在当时听来近乎离经叛道,因为科学界已知的离子通道,没有一种能独自对光产生反应。

为了验证这个“光控开关”,科学家们走了十余年:眼点里的蛋白一旦离开藻类就变得极不稳定,分离工作屡屡失败。转机出现在世纪之交:衣藻的基因测序数据陆续公开,黑格曼团队从中找到两个与已知捕光蛋白相似的候选基因。

后来,黑格曼又找到了法兰克福马克斯·普朗克生物物理研究所的内格尔。内格尔把两个基因分别注入青蛙的卵细胞,卵细胞随即大量生产这两种未知蛋白。检验结果证实了黑格曼十年前的假说:这些蛋白遇光即开,是名副其实的光门控离子通道。

两人将其命名为“通道视紫红质”(channelrhodopsin,因其与眼睛中感光物质视紫红质同源),其中二号蛋白(ChR2)反应尤其迅猛:蓝光照射后0.2毫秒内通道打开,正离子涌入,电流产生。

更妙的是,把ChR2基因导入人类肾细胞,肾细胞居然也变成了光敏细胞。2003年,两人发表结果并提出:这种蛋白可以成为用光在细胞中触发电脉冲的强大工具。

这完成了1962年诺贝尔奖得主、DNA双螺旋发现者克里克生前的设想:用光控制特定神经细胞。曾被认为非常遥远的科学梦想,至此几乎实现了。

还差一步,还差一个人。

光遗传学:一门年轻而重要的科学

斯坦福的年轻科学家戴塞罗思很烦恼。他学医时本想成为神经外科医生,但精神科病房里患者的痛苦深深触动了他。为什么抑郁症患者这么难感受到快乐?孤独症和精神分裂症的妄想从何而来?他一边读医学院一边拿了神经科学博士,却发现培养皿里的脑片解答不了诊所里的问题。

戴塞罗思意识到,要理解这些疾病,必须看到神经细胞在活体大脑中如何工作。

为此,他写信向内格尔索要ChR2的基因,导入大鼠神经细胞,用蓝光照射,细胞立即产生了神经信号。2005年,这一成果发表;2006年,这项技术被命名为光遗传学。

2007年,戴塞罗思团队将光敏蛋白基因导入小鼠大脑中控制运动的运动皮层,再经颅骨上的小孔伸入一根细光纤,用光照亮这些神经细胞,成功触发了小鼠的胡须运动。同年,研究团队还用光唤醒了熟睡中的小鼠。2012年,他与1987年诺奖得主利根川进合作激活了小鼠的“记忆印记”,首次确切证明哪些神经细胞是某段特定记忆所必需的。

如今,光遗传学已成为神经科学实验室的常用工具。

借助它,科学家找到了控制痛觉、社交、口渴、进食、奖励和注意力的神经回路;临床试验中,视网膜色素变性导致的失明患者植入类似光敏蛋白后,借助特殊眼镜已能分辨并抓取桌上的物品。

中国团队是这条赛道上的活跃力量,而广东更是走在前沿。

中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所建成了光遗传技术研发与资源共享平台,光遗传神经调控与神经环路示踪技术体系已辐射境内外超1300家次实验室;其“光控大脑”技术已实现癫痫、帕金森病动物模型的精准干预。

在深圳的光明科学城,脑解析与脑模拟重大科技基础设施2024年12月启动运营、2026年7月宣布正式对外运营,正为脑疾病诊疗与脑机接口产业提供平台支撑。

诺贝尔生理学或医学奖委员会主席佩尔·斯文宁松在新闻稿中说:“光遗传学提供了绘制大脑图谱的机会,这是我们过去只能在梦中想象的。”

南方+记者 钟哲

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
先赢1局连输三局!袁励岑遭34岁老将逆转 从资格赛打到次轮太不易

先赢1局连输三局!袁励岑遭34岁老将逆转 从资格赛打到次轮太不易

颜小白的篮球梦
2026-10-06 13:47:45
红果漫剧 TOP10 杀疯了:第一名 1.91 亿断层登顶

红果漫剧 TOP10 杀疯了:第一名 1.91 亿断层登顶

坠入二次元的海洋
2026-09-22 20:46:51
为什么红军到了陕北,就安全了?原因很现实,6个原因

为什么红军到了陕北,就安全了?原因很现实,6个原因

李健政观察
2026-10-06 02:54:11
气候大局定了,没有意外,从国庆开始,中国天气可能“3个变数”

气候大局定了,没有意外,从国庆开始,中国天气可能“3个变数”

深析古今
2026-10-06 09:55:22
荒谬至极!台湾岛内流传“共产党要感谢日本人”

荒谬至极!台湾岛内流传“共产党要感谢日本人”

海峡导报社
2026-09-30 07:50:03
土耳其1-3意大利!52岁主帅4连败几难逃下课 造38年耻辱仍拒绝辞职

土耳其1-3意大利!52岁主帅4连败几难逃下课 造38年耻辱仍拒绝辞职

风过乡
2026-10-06 06:25:03
中国大满贯爆冷!国乒遭首败,奥运亚军横扫出局,王曼昱光速下班

中国大满贯爆冷!国乒遭首败,奥运亚军横扫出局,王曼昱光速下班

云上乌托邦
2026-10-06 15:03:04
打脸业内!小沈阳夫妇自掏5000万拍电影,从炮灰逆袭成国庆档黑马

打脸业内!小沈阳夫妇自掏5000万拍电影,从炮灰逆袭成国庆档黑马

电和影
2026-10-03 23:18:09
董卿带密春雷陪父亲出游,6年离婚谣言碎了,9亿债务到底谁扛?

董卿带密春雷陪父亲出游,6年离婚谣言碎了,9亿债务到底谁扛?

亿通电子游戏
2026-10-06 02:24:16
男篮一夜缔造三大惨案!辽篮苦主83分狂胜:一队遭161分惨败

男篮一夜缔造三大惨案!辽篮苦主83分狂胜:一队遭161分惨败

篮球快餐车
2026-10-06 07:05:43
10月登场!全新腾势N8实力对比竞品,纯电续航1003km,真的香吗?

10月登场!全新腾势N8实力对比竞品,纯电续航1003km,真的香吗?

隔壁说车老王
2026-10-06 07:51:12
每体:奥尔莫持续向武科瓦尔家庭捐2%税前工资,金额非常可观

每体:奥尔莫持续向武科瓦尔家庭捐2%税前工资,金额非常可观

懂球帝
2026-10-06 15:07:13
终于硬气!中国拒绝被澳大利亚铁矿大鳄拿捏,因我们有了杀手锏!

终于硬气!中国拒绝被澳大利亚铁矿大鳄拿捏,因我们有了杀手锏!

阿胡
2025-10-05 10:11:24
《兰香如故》大结局:看到最后才明白,吕蕺儿才是许兰香的底牌

《兰香如故》大结局:看到最后才明白,吕蕺儿才是许兰香的底牌

天玑影视说
2026-10-06 14:41:20
今天澳门特码第279期新六合彩资料每天专家推荐三中三特码生肖大全免费资料

今天澳门特码第279期新六合彩资料每天专家推荐三中三特码生肖大全免费资料

淼蕴玩具
2026-10-06 15:42:09
与密春雷离婚真相大白!董卿国庆近况曝光,难怪一身全是旧奢侈品

与密春雷离婚真相大白!董卿国庆近况曝光,难怪一身全是旧奢侈品

奇怪的鲨鱼们
2026-10-05 18:02:17
江疏影晒网球照,有模有样,不像摆拍!御姐人设藏不住运动天赋

江疏影晒网球照,有模有样,不像摆拍!御姐人设藏不住运动天赋

陈意小可爱
2026-10-06 01:28:55
老公被洗脑了?27万的奥迪Q5L不买,要买24.98万的汉兰达双擎

老公被洗脑了?27万的奥迪Q5L不买,要买24.98万的汉兰达双擎

侃故事的阿庆
2026-10-04 09:18:38
蒙古总理访日口出狂言,中蒙声明签署不满三月,就对中国两面三刀

蒙古总理访日口出狂言,中蒙声明签署不满三月,就对中国两面三刀

一口娱乐
2026-10-06 13:55:24
“高铁座椅或成HPV重灾区”?有店铺一次性座椅套已卖出10万多件,医生明确回应

“高铁座椅或成HPV重灾区”?有店铺一次性座椅套已卖出10万多件,医生明确回应

南方都市报
2026-10-06 08:31:44
2026-10-06 15:59:00
南方都市报 incentive-icons
南方都市报
换一种方式,南都在现场。
636574文章数 3590814关注度
往期回顾 全部

科技要闻

光遗传学是什么,为什么这项发现如此重要

头条要闻

牛弹琴:中国人还在快乐过节 世界上至少发生三件大事

头条要闻

牛弹琴:中国人还在快乐过节 世界上至少发生三件大事

体育要闻

30天30队·雄鹿:没有扬尼斯,重新试错吧

娱乐要闻

突发 邓紫棋深圳演唱会安可前大屏起火

财经要闻

杨植麟断腕:Kimi的至暗时刻与远征

汽车要闻

智能化再提升 2027款东风标致、东风雪铁龙新车更人性化了

态度原创

本地
手机
时尚
家居
公开课

本地新闻

中秋逛白塔寺,体验国医妙荟雅集

手机要闻

谷歌Pixel 12系列手机曝光:Fold折叠内屏升至2296×2404分辨率

国庆假期,有多少打工人在横店“扇巴掌”?

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版