光不僅能用於AI時代的通訊,還能用於醫學治病。
2026諾貝爾生理學或醫學獎授予卡爾・戴塞羅思 (美國)、彼得・黑格曼(德國)、格奧爾格・內格爾(德國)三人, 基於他們在光門控離子通道與光遺傳學領域的發現。
這是一套跨物種的蛋白工具:把來自藻類的蛋白基因轉入神經細胞,用光就能毫秒級精準打開和關閉特定神經元,把神經科學從 “看圖猜腦” 推向 “操控驗證因果” 的時代。
未來有望帶來失明、神經退行疾病等的全新療法。
1、發現綠藻感光蛋白、建立光遺傳學
彼得黑格曼、格奧爾格內格爾的貢獻是源頭蛋白髮現。通過研究衣藻等單細胞綠藻,會趨光特性,發現通道視紫紅質,這是細胞膜上的離子通道蛋白。原理是藍光照射後通道打開,陽離子流入會讓細胞產生電興奮。將這個蛋白放到其他細胞裡,依然能保留光控特性。
卡爾戴塞羅思進一步把該蛋白改造成神經科學工具,創立光遺傳學。他把通道視紫紅質基因匯入大鼠神經元,藍光照射直接啟動神經元,後又在活體小鼠大腦實現光控神經活動。在此之前腦成像只能看到“腦區活動”,只能證明相關性,無法證明因果。看到某腦區亮了,不知道是行為的原因還是結果。 光遺傳學建立後,可直接打開某一類神經元,看動物會不會產生特定行為,建立大腦因果。
2、三大突破,徹底改寫神經科學範式
一是光遺傳實現了毫秒級調控,調控速度匹配神經放電的真實速度。
二是具備細胞特異性,此後只需要啟動選定的某一類神經元,不會像電刺激那樣無差別刺激一大片腦組織。
三是研究邏輯突破,科研從 “觀察大腦” 發展到 “操控大腦”,徹底改寫神經科學範式。
3、重塑腦科學,為神經系統疾病帶來全新治療希望
在科研和臨床應用方面,主要有兩大方向:
一是基礎科研領域,光遺傳學現已成為神經實驗室的標配工具,用於解析記憶、恐懼、獎賞、睡眠、抑鬱、成癮、社交行為背後的神經環路。
二是臨床轉化領域,光遺傳學工具已經部分進入臨床試驗階段。如在視網膜色素變性致盲領域,將通道視紫紅質匯入視網膜殘存神經細胞,借助光線幫助患者重建基礎視覺,已有臨床試驗實現部分患者恢復視物能力。針對帕金森病,有望替代傳統深部腦刺激,實現對異常神經環路的精準調控。
同時,該技術被用於抑鬱症、癲癇、慢性疼痛等精神與神經系統疾病的機制研究,還應用於外周神經調控,助力開發人工耳蝸等新一代神經假體。
光遺傳學為攻克神經系統類疾病開闢了全新思路。(澤平宏觀展望)
