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VOL 3974
2026年诺贝尔生理学或医学奖的消息传来时,因为时差原因,美国斯坦福大学教授卡尔·戴瑟罗思(Karl Deisseroth)刚在加利福尼亚的家中躺下。此前,他一直在熬夜处理论文、给学生发邮件。
“我当时处于梦幻般的状态,听到了嗡嗡声,但没能及时接通,”戴瑟罗思回忆。电话来自斯德哥尔摩,他回拨后才得知自己获奖。
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戴瑟罗思在获奖后不久。图:Michelle Monje-Deisseroth
2026年10月5日,瑞典卡罗林斯卡医学院诺贝尔大会宣布,将诺贝尔生理学或医学奖共同授予美国科学家、斯坦福大学教授戴瑟罗思,德国科学家、柏林洪堡大学教授彼得·黑格曼(Peter Hegemann),以及德国科学家、维尔茨堡大学教授格奥尔格·内格尔(Georg Nagel),表彰他们“在光门控离子通道与光遗传学方面的发现”。
“光遗传学为我们提供了以过去只能梦想的方式绘制大脑图谱的机会,”诺贝尔生理学或医学奖委员会主席佩尔·斯文宁松(Per Svenningsson)说。诺奖委员会认为,光遗传学“从根本上改变了我们对大脑的理解”。
作为这项技术的奠基者之一,戴瑟罗思还有另一个身份:精神科医生,专注于难治性抑郁症与自闭症谱系障碍的诊疗。
获奖后接受美联社采访时,他说:“对我而言,我是一名医生兼科学家(physician-scientist)。我是一名精神科医生。我关心患者,也关心那些患有自闭症、抑郁症的患者。”
谈及光遗传学获得诺奖,他说:“我关心这项研究带来的希望。但我同时也是一名基础科学家,我关心的是理解大脑这个奇妙的器官,理解它如何运作,如何整合、计算并实现那些让我们成为人的一切。”
文 | 苏渡
图 | NobelPrize.org
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光与基因相结合
光遗传学长期被视为有望获得诺奖的科学突破。
诺奖委员会在获奖说明中概括了三人的贡献:彼得·黑格曼和格奥尔格·内格尔在一种单细胞藻类中发现了一种非凡的蛋白质——通道视紫红质(ChR),卡尔·戴瑟罗思则将该蛋白质转化为神经细胞的光控开关。
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这项技术始于一种会朝着光游动的单细胞藻类——衣藻。黑格曼的团队发现,光照到它的眼点后,仅约半毫秒就会出现电信号。他提出,也许同一种蛋白既能感光,又能让带电离子穿过细胞膜。
内格尔把相关基因导入蛙卵细胞,检验这些蛋白的功能。两人的合作确认了光门控离子通道,2003年发表了通道视紫红质2(ChR2)的研究结果:光照能够直接打开通道,引发电信号。
2005年,爱德华·博伊登(Edward Boyden,现执教于麻省理工学院)、张锋等人与戴瑟罗思共同发表论文:在培养的大鼠海马神经元中表达ChR2,给予短暂蓝光,神经元便会放电,研究者得以在毫秒尺度上控制这一过程。
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将ChR2基因导入培养神经细胞并用光触发电信号的示意图:让神经细胞产生ChR2,蓝光打开离子通道,触发神经电信号。
图片来源:© The Nobel Committee
下一步,是把光送进活体脑。
2007年,戴瑟罗思及合作者将基因递送与细光纤结合,在活体小鼠运动皮层中用光激活特定神经元,诱发胡须运动。从培养皿中的放电,到动物身体上的动作,细胞与行为之间的关系可以直接接受检验。
这种将光与基因相结合、控制神经信号的方法,被称为光遗传学。它迅速在全球神经科学研究中得到应用。借助光遗传学,研究人员得以揭示与神经和精神疾病相关的特定记忆、感觉和行为背后的神经回路。
在临床医学中,研究人员也正尝试用它帮助视力障碍者恢复视力。
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光纤将光送入小鼠脑内并诱发胡须运动的示意图:先让目标神经细胞产生ChR2,再通过光纤送入光,诱发胡须运动。
图片来源:© The Nobel Committee
英国纽卡斯尔大学科学家安德鲁·杰克逊(Andrew Jackson)在《Science》中,把传统脑刺激方法的选择性问题比作“拿木槌弹钢琴”——敲出想要的音符时,也可能碰响周围的音符。
经颅磁刺激(TMS)、深部脑刺激(DBS)等传统的方法,都面临如何更精确选择细胞群的问题。光遗传学则用光更精细地操控特定细胞群:主动改变它们的活动,再看行为是否随之变化,从而检验这些细胞的作用。
伦敦大学学院神经科学家迈克尔·豪瑟(Michael Häusser)则表示,光遗传学“彻底改变了我们在神经科学中探测神经回路的方式”,“我认为这是对一项变革性发现的极好认可,它改变了我们从事神经科学的方式,也有望改变我们治疗大脑疾病的方式。”
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他们的大脑是怎么运转的?
寻找这样的工具,与戴瑟罗思的从医经历有关。
原本考虑成为神经外科医生的他,被自闭症和抑郁症患者的痛苦与求助触动。他想知道,抑郁为什么会让人难以感到快乐,自闭症为何发生,精神分裂症中的妄想又从何而来。
为了理解门诊中遇到的这些问题,他需要研究神经细胞怎样在活体脑中运作。
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在2021年出版的《Projections》(中译本《照亮破碎之心》)中,戴瑟罗思把自闭症与抑郁称为自己临床工作的两大热情。他写道,自己“逐渐成为一名专门处理两类几乎无法用药物治疗的障碍的医生:自闭症和难治性抑郁症”。
早期参与光遗传学研究、如今在美国麻省理工学院任教的张锋,在斯坦福获奖报道中评价,戴瑟罗思十分关心患有神经精神疾病的患者,也关心怎样找到帮助他们的办法。
获奖当天,家人还在睡觉,诺奖官网的亚当·史密斯在电话采访中问起,他为何仍在接诊,以及临床工作如何影响他的科研。
戴瑟罗思说,“它不断为我提供新的视角,也让我贴近那些最需要帮助、却最常被误解的人,了解什么对他们真正重要。”
在《照亮破碎之心》中,他记录了与查尔斯的诊疗经历。查尔斯是一位年轻的信息技术专业人员,也是一位自闭症人士。经过约两年的治疗,他不再遭受惊恐发作和工作场所中的焦虑,目光接触的困难却仍然存在。
一天早上,戴瑟罗思问他:“你偶尔与人对视的时候,是什么感觉?会觉得焦虑或害怕吗?”
“不会,”他说,“我并不害怕。”
查尔斯解释,看着对方说话时,如果表情变了,自己就得想那意味着什么、该怎样回应,还得调整正在说的话。
“嗯,”查尔斯说,“然后就过载了。我整个人都应付不过来了。”
“如果我把目光移开,就容易多了。”
治疗后的变化与查尔斯的解释,使戴瑟罗思认识到,查尔斯的目光接触困难并非源于焦虑。即使不感到害怕,同时处理表情、语言和回应,仍会让查尔斯不堪负荷。
戴瑟罗思从他的讲述中理解了另一种负荷:同时处理表情、语言和回应,会让他应付不过来。
戴瑟罗思在书中设想,像查尔斯这样能够用语言讲述自身体验的人,或许可以从另一种交流方式中受益:把实时的面对面互动转为文字,减少同时涌入的信息,也不必立即回应。要传达的内容,可以从容组织,等准备好了再发出。
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从光遗传学到自闭症
对患者的关注和对大脑运作的好奇,也推动着戴瑟罗思用他参与开创的光遗传学,探究自闭症的生物学机制。
“社交互动可能是哺乳动物所做的最困难的事情。”戴瑟罗思在2017年的斯坦福报道中说。不同脑区需要快速协作,处理不断变化的信息;他与合作者在实验室里研究的,正是支撑这些复杂活动的神经回路。
在神经回路中,兴奋性细胞促进其他细胞活动,抑制性细胞则限制活动。2011年,戴瑟罗思及合作者在普通小鼠的内侧前额叶提高兴奋性细胞活动。一次短暂光照后,研究者把一只陌生小鼠引入它的笼中。接受操控的小鼠,对陌生小鼠的社交探索明显少于对照小鼠。
2012年,团队发表了植入式装置Optetrode的研究:位于中央的光纤传入操控细胞的光,周围的细电极记录电活动,两者能在自由活动的小鼠脑内同时工作。
在人体研究中,他也尝试将脑活动与主观体验联系起来。2023年,斯坦福介绍他推动的人体神经回路研究平台:利用癫痫诊疗中已有的脑内电极,在患者同意下结合主观报告开展研究,初期问题包括解离体验。
除了记录活动,他与合作者还开发了观察细胞形态和连接的方法。西蒙斯基金会自闭症研究计划(SFARI)2012年资助他的项目,研究自闭症相关回路及捐献人脑组织。
次年,郑光勋(Kwanghun Chung,现执教于麻省理工学院)领导开发、戴瑟罗思参与构思和监督的CLARITY技术发表,使研究者能够对处理后的固定组织进行标记和三维观察。
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光遗传学概念图。图片来源:© The Nobel Committee
在自闭症模型中,团队进一步检验已经存在的社交探索困难能否改善。2017年,戴瑟罗思团队研究成年Cntnap2基因缺失小鼠,给前额叶中的一类抑制性细胞(PV细胞)施加两秒光刺激,增强它们的活动,再开始10分钟的互动测试。社交探索时间延长,互动持续时间也有所增加。另一种操作——降低兴奋性锥体细胞活动——也得到相近结果。
回路中的“平衡”有不同的测量方式,也依赖具体脑区。2019年,另一团队在体感皮层的模型研究中发现,某些兴奋/抑制比例升高,并未伴随放电普遍增加,可能反映补偿作用。
对戴瑟罗思而言,成年模型的结果有一个尤其重要的含义:遗传改变已经存在,某项行为却仍能随着成年阶段的回路操控而变化。
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实验室中的卡尔·戴瑟罗思。图片提供:Stanford Medicine
他在书中解释,相关失衡也可能只出现在生命早期某个“无法再进入、不可逆转的发展阶段”;即便如此,发现仍有价值,但要设想可行的治疗干预就困难得多。这些实验则显示,“至少在某些情形下,成年阶段的干预既足以造成社交缺损,也足以纠正它”。
要将这些成年阶段的实验发现转为治疗,研究者还需要回答:行为变化能否维持,回路线索能否帮助寻找药物,干预在人身上又会产生怎样的结果?
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从回路发现到临床帮助
把动物实验中的行为改善转为对人的有效治疗,仍有很长的路要走。兼具临床与科研经验的戴瑟罗思,也在与合作者尝试,让回路发现为药物研发提供线索。
2018年,罗伯特·马伦卡(Robert Malenka,斯坦福大学教授)团队及合作者发表一项血清素研究,戴瑟罗思是共同作者。
研究使用的是一类自闭症模型小鼠,它们缺失了与人类16p11.2区段对应的染色体区域。团队用光操控相关神经元,促进脑内伏隔核的血清素释放,小鼠的社交指标随之提高;在伏隔核局部使用5-HT1B受体激动剂,也产生类似改善。
两种实验的结果,都把药物研发的线索指向了5-HT1B受体。但重复光刺激带来的行为变化主要发生在刺激期间,要寻找能够持续给药的治疗形式,仍需解决药物选择、剂量和人体效果等问题。
获奖当天,戴瑟罗思接受WBUR采访时解释:“一旦弄清哪些细胞真正起作用,就可以据此设计各种类型的治疗。”他参与撰写的2025年路线图讨论了这种间接转化:先用工具识别相关细胞、回路和分子,再寻找药物等治疗形式。
戴瑟罗思与马伦卡等人共同创办的MapLight公司,正在沿这条路线开展研发,他担任公司的科学顾问。据公司2025年的申报文件,血清素回路与受体研究构成了研发依据,公司据此开发了用于持续给药的候选药ML-004。
遗憾的是,2026年6月,公司公布IRIS二期试验的主要结果,公告写道:“未达到主要终点。”这项随机、双盲、安慰剂对照试验纳入161名参与者,评估12周后的变化,以照护者报告的社交沟通评分变化为主要终点。
在小鼠中,戴瑟罗思及合作者已经能够操控特定细胞、改变社交探索行为,并从中寻找药物靶点。这次人体试验却未能实现社交沟通的主要目标。这项药物要继续走向临床应用,仍须在后续人体研究中获得可靠的疗效证据,并明确适用人群与用药风险。
寻找新药的同时,戴瑟罗思仍在接诊成年自闭症人士。他在《Projections》中写到,自己尤其希望帮助那些离开儿科照护后、仍缺少服务的成年人,处理焦虑等可以治疗的共病。
在获奖后的官网采访中,戴瑟罗思也谈到诺奖带来的公共表达机会。他希望增进公众对精神科患者的理解,尤其是那些承受痛苦、却难以解释自身体验的人。
除了诺奖得主,神经科学家,精神科医生,科普作家和自闭症人士权利倡导者等身份外,戴瑟罗思也是一位父亲。
在得知自己获得诺奖的那个晚上,他告诉到场的斯坦福工作人员,第二天清晨六点半起,他需要留出一个小时:孩子们快醒了,他得给他们准备带去学校的午餐三明治。
参考资料
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