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池塘绿藻藏着开关,77 年巨变,治脑病终于不用开刀?

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2024 年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,这份结果堪称年度最具颠覆性的诺奖 —— 人类的喜怒哀乐、恐惧记忆,本质都是一个个神经开关,而打开这些开关的钥匙,竟来自池塘里一团不起眼的绿藻。

1949 年,诺贝尔生理学或医学奖曾颁给脑蛋白切除术,美国医生弗里曼将手术简化到极致:用冰锥从眼眶上方捅入大脑,切断前额神经连接,10 分钟就能完成一台手术。仅他一人就操刀了 3000 多台,其中最知名的患者是美国总统肯尼迪的妹妹罗斯玛丽。

1941 年,23 岁的罗斯玛丽因情绪不稳定接受手术,术后再也无法正常说话走路,智力退至两岁孩童水平,在疗养院度过余生。



没有精准工具的年代,治疗脑病只能靠 "一刀切" 或 "全灌药"—— 药物会像灌水一样扩散到整个大脑,无法精准作用于特定神经群。1949 年的冰锥,是人类面对脑病的无奈缩影。

池塘里的单细胞绿藻衣藻,没有眼睛和大脑,却能精准朝着光的方向游动。德国生物物理学家黑格曼在上世纪八九十年代盯上这个看似无用的问题,用细电极测量发现,衣藻的眼点受光后仅半毫秒就会产生电信号,比人眼反应还要快。

他大胆猜测,衣藻体内存在一种特殊蛋白质:既能接收光信号,又能充当离子通道的 "开关"。光一照,通道打开,带电离子涌入,产生电信号。后来他与同事纳格尔将这种蛋白质基因注入青蛙卵细胞,蓝光照射时果然产生电流,将其命名为通道式紫红质。



美国斯坦福大学教授戴斯罗夫原本是神经外科医生,转攻精神科后,亲眼见过无数抑郁症、自闭症患者被现有疗法折磨却束手无策。他主动向纳格尔索要藻类蛋白基因,2005 年带领团队将其植入大鼠神经细胞,蓝光一闪,神经细胞精准放电;关灯后,细胞立刻安静,精度达到毫秒级。

这相当于给乱麻般的神经接线装上光控开关,只需一束光,就能精准调控单组神经,不会影响其他线路。

如今光遗传学已走出实验室:科学家用细光纤照射小鼠大脑,能让小鼠胡须随灯光摆动,能唤醒熟睡的小鼠,甚至能单独点亮恐惧记忆,让原本放松的小鼠突然僵住。



这项技术已应用于人体。一名因视网膜色素变性失明的患者,眼部植入类似的光敏蛋白后,戴上特制护目镜就能重新看见光线,伸手抓取桌上的物品。

三位获奖者的组合也颇具深意:两位德国学者黑格曼、纳格尔大半辈子研究绿藻,在旁人看来这是冷门无用的课题,黑格曼获奖后建议年轻人 "去研究点新东西";戴斯罗夫至今仍在门诊接诊难治性抑郁症患者,接到诺奖电话时他刚要睡觉,30 秒说不出一句话,日常还要给三个孩子做三明治。



诺奖名单也曾引发争议,2005 年关键论文第一作者埃德・博伊登未上榜,但诺奖每年最多授予三人,遗憾每年都有。

从 1949 年的冰锥,到 2024 年的光束,人类用了 77 年完成脑科学的跨越。推动这一切的,不过是三位学者对 "无用小事" 的好奇 。

池塘里的绿藻为了趋光进化出的微小开关,几十年前无人知晓其价值,如今却让失明者重新触摸到世界。那些看起来没用的好奇心,或许就是未来改变世界的钥匙。

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