诺贝尔医学奖揭晓!快速给你聊聊这三位学者是干啥的。
就在北京时间10月5日傍晚,瑞典卡罗琳医学院诺奖委员会正式公布了今年生理学或医学奖的归属,美国斯坦福大学的卡尔·戴瑟罗斯、德国柏林洪堡大学的彼得·赫格曼、德国维尔茨堡大学的格奥尔格·内格尔三位科学家,凭借光遗传学领域的奠基性发明摘得殊荣。
很多人刚听到“光遗传学”三个字会觉得晦涩遥远,简单讲就是:给大脑接入光纤,用几束蓝光像按遥控器一样精准调控神经元的开与关。它对于治疗帕金森、抑郁症、成瘾都有重大的帮助,甚至还是脑机接口公认的下一代方向!
在这项技术诞生之前,人类研究大脑一直困在“看得见、摸不准”的瓶颈里。我们能通过核磁共振成像看到哪个脑区在活跃,能通过脑电极捕捉神经电信号,可一旦要精准干预某一类特定神经元,就没了可行的办法。这就像你站在一块布满线路的主板前,只能看着整排指示灯亮灭,却没法单独控制某一颗指定的灯泡。
传统神经疾病治疗更是如此,口服药物顺着血液扩散到全身,好坏神经元一起作用,副作用始终没法避免;就算是针对帕金森的深部脑电刺激,一通电就是一片区域受影响,精度始终上不去。
这三位科学家的贡献,就是给大脑里的神经元装上了可用光控制的独立开关。整件事的起点藏在一种不起眼的单细胞绿藻里。
早在上世纪90年代,赫格曼和内格尔就开始研究这种绿藻的趋光特性,花了十多年反复实验,终于找到了绿藻细胞膜上的感光蛋白,还成功克隆出编码这种蛋白的基因。
说白了,他们在自然界找到了“见光就激活”的蛋白开关,彻底摸清了它的工作原理,这是整个光遗传学最底层的基石。
真正把这个开关从微生物搬进大脑、变成实用工具的,是戴瑟罗斯。他本身是临床精神科医生,常年面对抑郁症、成瘾症患者的痛苦,却深知现有治疗手段的粗糙。2004年,他主动联系内格尔拿到感光蛋白的基因序列,带着团队尝试把这种基因导入实验大鼠的神经细胞。
实验结果超出所有人预期:蓝光一照,对应的神经元就精准产生电信号;光一熄灭,神经活动立刻停止,响应速度达到毫秒级,和大脑本身的工作节奏完全匹配。2005年,这项研究正式发表,光遗传学作为全新研究领域就此诞生。
说到这儿你就能理解,为什么这项技术对帕金森、抑郁症和成瘾有重大帮助。就拿帕金森病来说,患者大脑内特定神经元异常放电,导致手抖、肢体僵硬甚至行动困难。传统深部脑刺激没法精准定位病变神经元,常常连带正常神经一起激活,容易引发认知障碍等副作用。
用光遗传学就能做到精准打击,只针对病变的一小撮神经元调控,目前多项动物实验证实,精准刺激苍白球区域的特定神经元,能长期改善帕金森模型动物的运动症状,甚至延缓神经退化进程。
对抑郁症、药物成瘾这类和情绪环路相关的疾病,光遗传学的价值更独特。过去我们只知道这些病和多巴胺、血清素有关,但具体是哪条神经环路、哪类神经元出了问题,始终停留在推测阶段。
用光遗传学手段,科学家可以逐个激活、抑制不同的神经环路,直接观察对应的情绪和行为变化,相当于把发病机制从“间接推测”变成了“直接验证”。目前已有不少研究通过调控奖赏环路特定神经元,成功降低实验动物的成瘾行为,给后续新药研发和精准治疗指明了方向。
至于说它是脑机接口公认的下一代方向,更不是盲目吹捧。现在大众熟知的脑机接口,无论侵入式还是非侵入式,核心能力大多集中在“读取”——采集大脑电信号,解码成控制机械臂、打字的指令。但“写入”一直是行业短板,想把信息精准传回大脑、修正异常神经活动,传统电刺激达不到细胞级精度。光遗传学天生就是“写入”的好手,能按细胞类型、以毫秒级精度调控神经活动,也因此被业内公认为下一代脑机接口的核心支撑技术。
国内科研团队也在稳步跟进,中科院脑科学与智能技术卓越创新中心今年年初发表在《神经元》期刊的成果,已经在灵长类动物身上实现了长期稳定的介观尺度光遗传刺激,为光学脑机接口落地打下重要基础。未来的脑机接口不会止步于“读信号”,而是会形成读写闭环:先读取大脑信号判断神经状态,再用光精准调控异常神经活动,到那一步,癫痫、帕金森等神经系统疾病的治疗,会迎来真正的质的飞跃。
当然也要客观看待,光遗传学目前还没进入大规模临床应用阶段。要把感光蛋白安全递送到人类大脑特定神经元中,还要解决基因递送安全性、光纤植入微创化等问题,目前只有眼科相关的光遗传治疗进入临床试验,脑部疾病应用还需要更多研究积累。但这丝毫不影响它的里程碑意义——它第一次让人类拥有了精准操控活体大脑神经环路的工具,正式把神经科学从“观测时代”推进到了“操控时代”。
今年诺奖把奖项颁给光遗传学,也释放了清晰的信号:大脑的精准调控早已不是科幻想象,而是正在稳步走向现实的未来技术。它不会一夜之间治愈所有脑部疾病,但给无数深陷神经疾病痛苦的患者打开了一扇新门,也给脑科学、脑机接口的未来发展,铺好了最关键的一级台阶。

