2026 年諾貝爾生理學或醫學獎：用光開啟神經細胞上的開關

從「看到相關」到「證明因果」

10 月 5 日，卡羅林斯卡學院的諾貝爾大會宣佈，把 2026 年諾貝爾生理學或醫學獎授予 Karl Deisseroth（霍華德·休斯醫學研究所與斯坦福大學）、Peter Hegemann（柏林洪堡大學）與 Georg Nagel（維爾茨堡大學），表彰他們「關於光門控離子通道與光遺傳學的發現」。獎金 1200 萬瑞典克朗，由三人平分。

他們解決的問題是神經科學裡最根本的那一類。大腦如何支配感覺、行為與身體功能，長期是一個謎。20 世紀研究者開始確認哪些腦區影響哪些功能，但受方法所限，他們無法證明因果關係——按諾貝爾獎官方材料的說法，當時人們畫出的腦影像更像一張草圖，到處是問號與未知。現在這一局面正在改變。

「光遺傳學提供的繪製大腦的機會，是我們過去只能夢想的。」生理學或醫學諾貝爾委員會主席 Per Svenningsson 這樣評價。卡羅林斯卡學院神經科學系教授 Konstantinos Meletis 說得更直白：過去根本沒有辦法去測試「如果我啟用某一類神經細胞、或者讓這類細胞安靜下來，行為會變成什麼樣」，光遺傳學恰恰讓這件事成為可能。研究者因此得以從相關走向因果——從「觀察到某種神經細胞在某個行為發生時活躍」，走到「檢驗這種活躍是否真的導致了那個行為」。

一種藻類蛋白，為什麼能當開關用

故事的起點是 Hegemann 的好奇心。上世紀 90 年代初，他開始琢磨單細胞藻類衣藻是如何探測光線、並向著光源遊動的。2000 年代，他與同為德國研究者的 Nagel 合作，在藻類細胞表面找到一種獨特的感光蛋白，並把它命名為通道視紫紅質。

他們發現，藍光照射到這種蛋白上時，蛋白上會開啟一個通道，帶電的離子隨即流入細胞，產生一個電脈衝。真正關鍵的一點是：他們把這種蛋白放進哪種細胞，哪種細胞就變得對光敏感。

接下來的一步來自 Deisseroth。他意識到，這個蛋白可以被用來控制神經細胞。研究者把編碼通道視紫紅質的基因匯入實驗室培養的大鼠神經細胞，細胞表面於是長出了這種感光蛋白；藍光一照，離子通道開啟，神經細胞開始像在大腦裡那樣產生並傳遞電訊號。用諾貝爾獎官方的說法，他們等於為神經細胞造出了一個由光控制的開關。

從培養皿到活體小鼠的大腦

2005 年，Deisseroth 發表了這項突破。兩年後，他讓這套光控開關在活體小鼠的大腦中工作起來。此後光遺傳學迅速成為神經科學的核心工具：通過控制特定型別的神經細胞，研究者可以考察不同腦環路如何影響運動、記憶、情緒與行為。

工具的擴散方式和它的原理同樣值得注意。大約 2008 年，Meletis 與如今同在卡羅林斯卡學院神經科學系的教授 Marie Carlén 正在美國麻省理工學院做博士後，與斯坦福大學的 Deisseroth 實驗室合作，由此開始了一段長期合作；Deisseroth 也多次受邀到卡羅林斯卡學院，並在 2013 至 2019 年間在該校擔任附屬研究職位。

「Karl 是一位絕對傑出的科學家，也是一個了不起的人。除了極其聰明，他還格外慷慨，這促成了光遺傳學的突破。」Carlén 說，「他一建起實驗室、做出最早的那幾項光遺傳學研究，就開始把這些工具分享給別人。此後它們擴散到了全世界成千上萬個實驗室。我認為這相當罕見——它讓各地的實驗室都能繼續拓展我們對大腦的認識。」

一項仍在摸索用途的工具，與它帶來的方法課

作為一項方法，光遺傳學正在被探索用作未來治療的基礎。Meletis 說，這項技術已經被用於嘗試為視力受損的人恢復視力；人們還希望它能成為治療帕金森氏症、阿茲海默症這類神經疾病，以及抑鬱、焦慮、創傷後應激障礙這類精神疾病的工具。

但它的價值不止於疾病。對 Meletis 而言，今年的諾貝爾獎提醒人們基礎研究的價值，以及為「未來意義尚不可知」的工作投入的重要性：「我們必須願意信任那些意外，信任那些來自我們未曾預料之處的大發現。光遺傳學並不是因為有誰判定我們需要一種治癒某種疾病的方法才出現的，它來自深深投入某個基礎科學問題的人。」

他舉出 Hegemann 與 Nagel 早期對藻類感光蛋白的研究為例：當時遠沒有跡象顯示這項發現會對神經科學有多重要。「哪個資助機構會選擇支援研究藻類，只為找到這個蛋白？可二十年後，它改變了整個神經科學領域。這正是它鼓舞人心的地方。」

需要保留的邊界同樣清楚。光遺傳學要求目標細胞表達一種外源感光蛋白，因此在人體上它仍屬於研究與試驗性質的探索——官方表述是這項技術「被用於嘗試恢復視力」，而不是已經成為成熟的療法。就今天而言，它最確定的價值是讓因果關係可以被直接檢驗。

三位獲獎者的履歷如下：Karl Deisseroth 1971 年出生，1998 年獲博士學位、2000 年獲醫學博士學位，均出自斯坦福大學，現為霍華德·休斯醫學研究所與斯坦福大學生物工程、精神病學與行為科學教授；Peter Hegemann 1954 年出生，1984 年在德國馬丁斯里德的馬克斯·普朗克生物化學研究所獲得博士學位，獲獎發現即完成於該所，現為柏林洪堡大學神經科學教授；Georg Nagel 1953 年出生，1988 年在法蘭克福大學獲得博士學位，現為維爾茨堡大學分子植物生理學教授，獲獎發現完成於法蘭克福的馬克斯·普朗克生物物理研究所。