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

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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