从一颗衣藻到光控大脑，神经科学的新纪元这样开辟｜关注2026年诺贝尔生理学或医学奖

10月5日，2026年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，授予卡尔·戴塞罗思、彼得·黑格曼和格奥尔格·内格尔三位科学家，以表彰他们在光门控离子通道和光遗传学方面的发现。

根据诺贝尔官网的介绍，光遗传学方法使人们得以了解神经细胞如何在活体大脑中塑造记忆、情感与行为。彼得·黑格曼与格奥尔格·内格尔在一种单细胞藻类中发现了一种非同寻常的蛋白质——通道视紫红质。卡尔·戴塞罗思将这种蛋白质改造为神经细胞的光控开关。三位获奖者为开辟神经科学的新纪元奠定了基础。

访谈专家：

北京脑科学与类脑研究所所长罗敏敏

中国科学院心理研究所所长、中国认知科学学会理事长蒋毅

中国医学科学院基础医学研究所研究员樊圃

浙江大学医学院附属第二医院神经外科主任医师、中华医学会神经外科分会青委会副主任委员严锋

■健康报：诺奖委员会称，光遗传学为神经科学开辟了新纪元。相较于传统的电刺激或药理学手段，光遗传学在解析神经回路因果关系上的核心优势是什么？

罗敏敏：脑科学研究最大的难点，在于将这门以观察为主的学科，转变为可开展精准因果干预的实验科学。相较于传统电刺激与药理学手段，光遗传学提供了之前不可想象的时空精度、细胞类型特异性和多样性。

从空间精度来说，电刺激就像用锤子敲钟，电流会无差别地激活电极周围所有的神经元甚至路过的纤维；药物起效更慢，作用范围也更加弥散。而大脑的基本功能单位并非脑区，而是“细胞类型”。同一类神经元，激活与抑制会带来截然相反的行为效应。光遗传学借助病毒载体和启动子，使光敏蛋白仅在目标研究的这一类细胞中表达，真正实现细胞类型特异性调控。

从时间精度来看，神经活动以毫秒为单位编码。药理学的起效和代谢是以分钟甚至小时为刻度，永远跟不上大脑的思维节奏。光遗传学用光来“开关”神经元，精度达到毫秒级。这意味着我们可以在动物做出某个决策的那一瞬间，精确地干预对应的那群细胞，观察行为是否随之发生变化。

从控制的多样性来说，光遗传学既能“开”，也能“关”。我们可以用光来激活细胞，也可以抑制细胞，还可以选择性地控制细胞（包括神经细胞和胶质细胞）内的某一种特定信号通路。

把这三点合起来，神经科学方法论上发生了一个质变：过去我们问“这个脑区和这个行为有关吗”，现在我们能问“是这群细胞、在这个时刻、导致了这个行为吗”。

严锋：电刺激的方法缺乏选择性，像“用大喇叭对一屋子人喊话”，电极会无差别激活刺激范围内的所有神经元和路过的轴突纤维，你无法分清是哪种细胞在起作用；药理学调控的方法像“往一锅菜里撒调味盐”，有些食材（细胞）吸收盐分多，有些食材（细胞）吸收盐分少，同时药物扩散慢、起效和消退都以分钟到小时计，且难以做到只作用于某一类特定细胞。因此，传统方法只能观测神经活动与行为之间的“相关性”，却很难证明因果联系。

光遗传学的基本原理为光控离子通道，它就像个自带光控开关的小门。在蓝光照射下，特定光敏蛋白把门打开，电离子进入神经元，将其激活；在黄绿光照射下，另一种光敏蛋白控制特定电离子进入神经元，让其休眠。有了这个工具，就可以特异性调控神经细胞的激活或休眠状态，仿佛装了“开关键”。光遗传学的革命性在于它把“基因靶向”和“光控开关”结合了起来。

樊圃：光遗传学之所以被认为给神经科学开辟了“新纪元”，关键在于它让研究者能够在活体动物中、在特定的时间、选择性地激活或抑制特定神经元，从而更精确地检验这些神经元对行为的因果作用。这使研究者能够更精确地研究神经元的功能。

以恐惧记忆为例，小鼠在某个环境中经历足部电击后，会形成对该环境的恐惧记忆；之后再次进入同一环境，即使没有电击，也可能表现出恐惧行为。如果只观察到某群细胞在恐惧学习时活跃，说明它们与这一过程相关；如果消融这群细胞后，恐惧记忆相关行为减弱，在排除感觉或运动功能受损等解释后，则支持它们在相应条件下具有必要作用，但还不能回答：单独激活这群细胞，是否足以引发相应行为？光遗传学使这个问题更容易得到直接检验。在2012年开展的一项研究中，研究者让恐惧学习期间活跃的一群海马神经元表达光敏蛋白，随后在另一个环境中用光重新激活这些细胞。尽管小鼠没有在这个新环境中经历过电击，仍出现了明显的恐惧行为。这说明，激活这群与恐惧学习相关的细胞足以引出恐惧记忆相关的行为表现，为这群细胞的活动与行为之间的因果联系提供了直接证据。

光遗传学让神经回路的因果检验变得更具细胞选择性、更精确。将光遗传学操控与神经活动记录、细胞标记等方法结合，研究特定神经元群的功能，已经成为现代神经回路研究中广泛采用的实验思路。

■健康报：获奖成果使得科学家能够精准标记并激活特定的记忆神经元（如恐惧记忆）。从认知心理学角度看，这是否意味着我们终于找到了“记忆存储”的物理实体？是否意味着我们理解人类情绪调节、创伤后应激障碍的心理机制等迎来颠覆性的突破？

蒋毅：光遗传学最重要的贡献之一，是让科学家首次能够在活体动物中识别、追踪并操控参与特定记忆形成的神经元群体，也就是“记忆印记细胞”。从这个意义上说，我们比以往更接近记忆的物理载体了。

但从认知心理学角度看，这并不意味着我们已经完全找到了记忆的“存储位置”。记忆并不像文件储存在硬盘某个固定区域，更像是分布在多个脑区神经网络中的动态模式。光遗传学揭示的是记忆形成和提取所依赖的重要神经元集合，而非一个简单、单一的“记忆仓库”。

对于情绪调节和创伤后应激障碍研究而言，其意义确实具有里程碑性质。过去，我们更多是通过行为表现推测心理机制；现在，可以直接观察和操控与恐惧记忆相关的神经回路。例如，研究者可以激活或抑制特定恐惧记忆痕迹，观察动物行为如何变化。这使我们从“相关性研究”迈向“因果性研究”，大大深化了对创伤记忆形成、维持和消退机制的理解。不过，距离彻底破解创伤后应激障碍等复杂心理障碍仍有相当距离，因为这类疾病同时受到认知、情绪、人格和社会环境等多重因素影响。

■健康报：光遗传学在动物实验中效果显著，在人类临床应用上仍面临哪些挑战？目前全球在相关领域的临床试验进展如何？您预测光遗传学疗法真正进入常规临床诊疗还需要多久？

严锋：光遗传学在人类临床应用主要面临以下挑战：一是光的递送难题。可见光在脑组织中穿透深度有限，治疗深部脑区需开颅植入光纤，侵入性高；对癫痫等病灶范围较大的疾病，还可能需要多次病毒注射，且要避免光照导致的局部过热。二是治疗本身的风险。光敏蛋白对人而言是“外来物种蛋白”，存在免疫原性隐忧，可能会引发过敏甚至严重的免疫风暴，并且病毒载体在人脑中的表达持久性、脱靶效应也需要长期验证。三是生理信号失真。直接激活“中继”神经元可能无法完整还原正常神经环路的复杂信息处理，导致恢复的功能质量受限。

至于预测光遗传学疗法何时真正进入常规临床诊疗，目前眼科应用已进入“获批倒计时”。而针对帕金森病、癫痫、精神疾病等病症的脑内光遗传疗法，尚需攻克深部光递送与长期安全性等难题，研发周期或将更长，且更可能先以“光遗传+闭环脑机接口”的混合形态出现。

樊圃：当前，光遗传学治疗进展最快的领域是视网膜退行性疾病。这类疗法的基本思路是，当原本负责感光的细胞退化后，在视网膜中仍然存活的其他细胞里表达光敏蛋白，使这些细胞获得感光能力，再通过剩余的视觉通路把信号传给大脑。

目前已有多项人体临床试验开展，部分受试者的视觉功能得到一定改善，但将该技术用于其他神经疾病的治疗仍面临重大挑战。除了要解决光安全、稳定、精准递送的问题，更大的挑战是找到并验证有效的治疗靶点。尤其是抑郁症、精神分裂症等复杂精神疾病，其相关神经回路尚未被完全阐明。在动物实验中观察到的行为改变，不能直接等同于人类疾病得到改善。因此，确定需要干预的神经元类型以及干预时机，是将光遗传学技术用于神经系统疾病治疗的最大挑战。

罗敏敏：现阶段临床应用主要聚焦于眼科，比如视网膜色素变性（RP），这是光遗传学临床转化最快的方向。其临床应用的挑战除了递送，还包括光强与安全的矛盾。多数光敏蛋白需要远高于自然光的强光才能激活，但强光有光毒性。此外，终点设计和长期安全也需要重点关注。患者基线视力极低，如何证明视力改善具备临床价值、设计出监管机构认可的研究终点，仍是全行业正在探索的问题，有赖长期随访数据支撑。

临床进展方面，光遗传学疗法已临近上市。其中，美国进展最快。2026年9月，美国食品药品监督管理局（FDA）已正式受理相关光遗传学基因疗法的上市申请，审批截止时间为2027年上半年。如果获批，这将是人类历史上第一个光遗传学药物。我国研发同样进展迅速。国内相关药企已完成10余例研究者发起的临床研究，患者获得不同程度的视觉恢复；一期注册临床已顺利启动，同时获准在美国开展二期临床，中美双报同步推进。

至于何时能纳入常规诊疗，我预判可分为两个阶段：首个适应证有望在2027至2028年获批；但要成为眼科中心的常规选项，获批后预计还需约5年时间，解决定价、医保支付以及给药操作培训等一系列问题。也就是说，未来5到8年，眼科光遗传治疗有望成为视网膜色素变性晚期患者的标准治疗手段之一。

科研回顾：

从一颗衣藻到光控大脑

大脑如何支配情感、行为和身体功能，长期以来一直是个谜。20世纪，研究人员开始研究大脑中不同的区域分别影响哪些功能，但受限于当时的技术手段，无法证明其中的因果关系。在他们看来，大脑图像就像一张充满问号的素描线稿图。

一切改变始于彼得·黑格曼的好奇心。他想知道，一种名为衣藻的单细胞藻类为什么能够发现光并游向光源。本世纪初，他与格奥尔格·内格尔在藻类中发现了一种具有独特性质的光敏蛋白——通道视紫红质。这种蛋白存在于细胞表面，受到蓝光照射时，通道便会开启，让带电离子由此进入细胞并产生电信号。他们通过研究还发现，无论将这种蛋白导入哪种细胞，都可以使这些细胞获得光敏感性。

卡尔·戴塞罗思把通道视紫红质基因导入大鼠神经细胞，借助蓝光照射，成功触发神经信号。他于2005年发表了这一突破性成果。两年后，他在活体小鼠大脑内利用这套“光控开关”实现对神经细胞的调控。这是科学家首次在时间维度与细胞类型层面精确操控神经活动。

这种利用光控制神经信号的方法被命名为“光遗传学”，并迅速在全球范围内产生了影响。借助光遗传学，研究人员揭示了与神经及精神疾病相关的、控制特定记忆、情感和行为的神经回路。在临床医学领域，研究人员正在尝试利用该方法帮助视力受损者恢复视力。

“光遗传学从根本上改变了我们对大脑的理解，它以我们之前难以想象的方式，为绘制大脑地图提供了机会。”诺贝尔生理学或医学奖委员会主席佩尔·斯文宁松说。

（据诺贝尔奖官网信息编译）

文：健康报记者 崔芳 吴倩

编辑：杨真宇

校对：于洋

审核：李诗尧 徐秉楠