诺奖这次颁给了什么？从大脑开关到南极冰下抓幽灵粒子

每年十月，科学界都会迎来一场"开奖季"。今年拿到诺贝尔科学类奖项的三项成果，跨度大得有点离谱：一个能像开关一样控制脑细胞，一个在南极冰层底下抓"幽灵粒子"，还有一个解决了一百多年来有机化学里最让人头疼的谜题之一。

它们听起来互不相干，但共同点是——每一项都让科学家看世界的方式变了一点点。下面逐条拆开看。

给大脑装一个"光开关"

先说生理学或医学奖。人脑里有将近 900 亿个神经元，它们之间通过大约 100 万亿个连接互相通信，人才能学习、适应、和周围环境互动。

问题是，面对这么复杂的网络，科学家怎么知道哪个神经回路对应哪种行为？斯德哥尔摩卡罗林斯卡学院的神经科学家 Abdel El Manira 在 10 月 5 日的颁奖公告上打了个比方：神经科学家一直梦想有一个"神经元开关"，能非常精确地把特定神经元打开或关掉。

今年获奖的技术叫光遗传学——用光来精确激活特定细胞（比如神经元），然后观察行为怎么变。三位获奖者是：柏林洪堡大学的生物物理学家 Peter Hegemann、德国维尔茨堡大学的 Georg Nagel，以及斯坦福大学的神经科学家 Karl Deisseroth。

这项技术的故事起点有点出人意料：一种叫衣藻的单细胞绿藻的眼点。2000 年代初，Hegemann 和 Nagel 在衣藻眼点里发现了一种独特的蛋白质。光照到它，它就产生电脉冲，让这种生物能动起来。后续研究揭示，这种叫通道视紫红质的蛋白质遇光会像孔道一样打开，让带正电的离子流入细胞，产生电脉冲。

El Manira 的原话是："他们恰好发现了神经科学家梦想已久的那个开关。"

Deisseroth 在此基础上继续往前推。他和同事先把通道视紫红质的基因导入大鼠神经细胞培养物，发现细胞对光有即时反应；接着又把基因导入活体小鼠脑内的神经细胞，并通过穿透颅骨的光纤导入蓝光，成功控制了小鼠胡须的运动。这项技术让研究者可以测试特定脑回路和行为之间的联系。

El Manira 说，这项后来被称为光遗传学的技术"改变了神经科学"。除了揭示健康大脑的内部运作，它还有助于揭示脑回路是如何被打乱的，这对失明、抑郁和痴呆等病症有参考意义。

举两个已经落地的方向：这项技术已被用于改善部分视网膜色素变性患者的视力——这种病会损伤视网膜上的感光细胞；它也在帮助研究者探究人的心脏在体验和互动中扮演什么角色。

在南极冰层下，等一道极罕见的光

物理学奖这边，主角是一块地球上独一无二的冰。

在南极冰盖深处，埋着一立方公里的冰，里面穿上了数千个珠状传感器。这就是IceCube 中微子天文台，一台用来探测宇宙中最难捕捉的粒子——中微子——的巨大仪器。

探测来自太阳系之外的中微子，是科学家几十年的目标，因为这有助于理解宇宙在哪里、以及如何把粒子加速到极高能量。

领导建造这座南极天文台的，是威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家 Francis Halzen，他获得了今年的诺贝尔物理学奖。瑞典皇家科学院 10 月 6 日的公告中，物理学诺贝尔委员会主席、物理学家 Mark Pearce 给出的获奖理由是："对 IceCube 中微子天文台的决定性贡献，以及发现来自天体物理源的高能中微子。"

中微子是什么？一种不带电、极其微小、极其"空灵"的亚原子粒子，常常穿过物体却不发生相互作用。事实上，每秒钟有数十亿个中微子穿过我们每个人，其中大部分由太阳内部的核聚变反应产生。

但科学家推测，其中一些"幽灵粒子"来自远得多的地方——来自遥远到超出观测极限的高能粒子碰撞。由于中微子不被磁场偏转、又极少与物质作用，只要能探测到一个高能中微子的轨迹，就有可能反推出它遥远的来源。一台能做到这件事的仪器，等于给宇宙开了一扇新窗户。

1980 年代，Halzen 意识到南极点是探测中微子与原子核碰撞时产生的罕见闪光的理想地点。南极冰盖深处的冰，提供了一大块透明介质——这正是捕捉那一道极罕见闪光所需要的条件。

还有一项：镜像分子的百年谜题

今年的化学奖，解决的是一道困扰有机化学界很久的难题——镜像分子之谜。

有些分子就像左手和右手：组成完全相同，结构却互为镜像，无法重叠。这类"手性"问题一直是有机化学里最持久的谜题之一。今年的获奖者找到了破解它的办法，这项成果被评价为解决了有机化学中最持久的谜题之一。

把三项成果放在一起看，会发现一个共同点：它们都不是"发现了一个新东西"那么简单，而是造出了一件新工具——一个能开关脑细胞的光敏蛋白，一台埋在冰下一立方公里的探测器，一套能分辨镜像分子的方法。工具一旦造出来，后面能问的问题就完全不一样了。

至于这些工具接下来会把科学带到哪里，现在还没人能给出答案。这大概也是每年十月最让人期待的部分。