给神经元装上「光控开关」,光遗传学如何遥控大脑?| 2026 诺奖特辑

给神经元装上「光控开关」,光遗传学如何遥控大脑?| 2026 诺奖特辑

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2026 年10月5日,2026年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。获奖者是卡尔·戴瑟罗斯(Karl Deisseroth)、彼得·黑格曼(Peter Hegemann)和格奥尔格·纳格尔(Georg Nagel),以表彰他们“在光门控离子通道和光遗传学方面的发现”。

诺奖委员会用一句话概括了三人的贡献:黑格曼和纳格尔在单细胞绿藻中发现了通道视紫红质(channelrhodopsin),戴瑟罗斯则把它改造成了控制神经细胞的光控开关。研究人员把这种蛋白的基因导入特定类型的神经元,再用光照射,就能在毫秒级别让这些细胞精准放电,进而观察动物的行为、情绪与记忆会随之发生什么变化。这套方法,后来被称为“光遗传学”(optogenetics)。

这期节目我们回顾了光遗传学发展的历史,三位获奖者是如何发现这个“分子开关”并且让他成为数万神经科学实验室的工具的。我们也来聊了聊那些没有得奖但是依然为领域做出了巨大贡献的科学家以及他们的工作。

参考文献:

  • Oesterhelt D, Stoeckenius W. Rhodopsin-like protein from the purple membrane of Halobacterium halobium. Nature New Biology, 1971, 233(39): 149–152. —— Oesterhelt 在嗜盐古菌中发现细菌视紫红质,也是 Hegemann 一路上溯的研究源头。

  • Nagel G, Ollig D, Fuhrmann M, Kateriya S, Musti AM, Bamberg E, Hegemann P. Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae. Science, 2002, 296(5577): 2395–2398.

  • Nagel G, Szellas T, Huhn W, Kateriya S, Adeishvili N, Berthold P, Ollig D, Hegemann P, Bamberg E. Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel. PNAS, 2003, 100(24): 13940–13945. —— 正式鉴定 ChR2:光照即通阳离子电流,即本届诺奖表彰的核心发现。

  • Boyden ES, Zhang F, Bamberg E, Nagel G, Deisseroth K. Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nature Neuroscience, 2005, 8(9): 1263–1268. —— 那篇先被 Science 秒拒、最终登上 Nature 子刊的论文,第一次让哺乳动物神经元在毫秒尺度上被光可靠激活。

  • Aravanis AM, Wang LP, Zhang F, Meltzer LA, Mogri MZ, Schneider MB, Deisseroth K. An optical neural interface: in vivo control of rodent motor cortex with integrated fiberoptic and optogenetic technology. Journal of Neural Engineering, 2007, 4(3): S143–S156. —— 把光纤植入活体小鼠运动皮层,“光一亮,胡须就动”。

  • Adamantidis AR, Zhang F, Aravanis AM, Deisseroth K, de Lecea L. Neural substrates of awakening probed with optogenetic control of hypocretin neurons. Nature, 2007, 450(7168): 420–424. —— 用光激活下丘脑食欲素(hypocretin)神经元,唤醒睡眠中的小鼠。

  • Bi A, Cui J, Ma YP, Olshevskaya E, Pu M, Dizhoor AM, Pan ZH. Ectopic expression of a microbial-type rhodopsin restores visual responses in mice with photoreceptor degeneration. Neuron, 2006, 50(1): 23–33. —— 把 ChR2 送进视网膜、让失明小鼠重新感光,是光遗传学走向治疗的关键一步。

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我系的某教授是某年的诺奖,他给我摸了诺奖奖牌,好重!可惜评论区发不了图
Y博的科普园:厉害了
AgCl_ll
:
哇!那我希望我导也能得诺奖!因为我也想摸!
共5条回复
毛翘顺
毛翘顺
8天前
超级棒的一期~旅游完回北京的火车上看完了karl的书,感觉他是一个高敏感高共情的人。面对无法拯救的儿童患者他这样写道:“当我深陷这种负面情绪的时候,突然有个想法萌生--有些人能每天面对这样的生活,但我不能;我无法在医学领域继续待下去,我无法一辈子都面对这样的事。我得退到一个避风港,即我的实验室去,我说服自己,这个我熟悉的科学港湾,是一个没有小女孩会死去的地方。”(有点让我想到韩剧《机智的医生生活》)在前言里他还写了自己对科学的态度:“光遗传学技术的故事告诉我们,科学不应该过度以转化为目标,甚至不应该过度地以探索疾病相关的问题为目的。我们越尝试去主导研究方向(比如将公共研究经费过度集中在某个特定的、与潜在治疗方案相关的大型项目上),我们越有可能会延缓科学进展。而那些尚未被发现的领域,那些真正可以改变科学发展进程、人类思想和人类卫生健康的想法,反而因此被埋没。” 不过书的标题叫projections,中文翻译好像和原标题不太搭噶,是不是脑科学的专有名词呢🤔
Yaxian
:
“科学不应该过度以转化为目标,甚至不应该过度地以探索疾病相关的问题为目的”—说的太对了!我也要找这本书来看!
Yaxian
:
Projection 在神经科学里是投射的意思~中文翻译这是太怪了😂
共4条回复
06:01 笑死了,我也赌拿不了🤣🤣
06:14 很下头 上来就说人家得不了奖 anyways 这是您的观点
风云霜雨:以及 得奖也不重要 我就想听听这个技术到底是啥
Sheepaaa_
Sheepaaa_
8天前
06:04 这里的氛围突然很“电影巨辩”
别忘了被学术圈政治正确陨灭的先驱们。就和 jose delgado 是 neuralink 事实上的先驱一样,optogenetics 的真正先驱是威廉格雷沃尔特。photic driving。

还有 Michael persinger,光电头盔证明了宗教幻觉只来自于大脑。

光敏实验早就用于大规模洗脑生产赛博奴了,看看你手里闪烁鲜艳的 pwm OLED 小屏幕。