这个星期又迎来紧凑的诺贝尔周，今（5）日由诺贝尔生理学或医学奖揭开序幕，依惯例由瑞典斯德哥尔摩的卡罗林斯卡学院（Karolinska Institutet）公布：彼得．赫格曼（Peter Hegemann）、格奥尔格．纳格尔（Georg Nagel）与卡尔．代塞罗斯（Karl Deisseroth）因发现光敏感离子信道与开创光遗传学获得殊荣。 三人开创的「光遗传学」（optogenetics），让科学家得以在活体大脑中探究神经细胞如何形塑记忆、情绪与行为，为现代神经科学立下全新里程碑。 大脑如何调控情绪、行为与各项生理机能，长年是科学界的未解之谜。

20世纪的科学家虽尝试探讨大脑不同区域对应的功能，却受限于操控技术，无法确立因果关系，对大脑的认知犹如一张布满问号的草图。 光遗传学是一项结合基因工程与光学刺激的革命性工具，让科学家得以精确「开关」特定神经元，也为研究阿兹海默症、帕金森氏症、忧郁症与癫痫等重大神经精神疾病的神经回路机制，提供了关键工具。 在光遗传学出现前，神经科学界若要刺激大脑细胞，多仰赖微电极放电或注射神经化学药物。 然而，电刺激无法区分周遭不同种类的神经元，往往引发广泛而杂乱的组织反应；化学药物则受限于扩散速度，耗时数秒至数分钟，无法跟上神经信号传导以毫秒计的节奏。

诺贝尔生理学或医学委员会主席佩尔．史文宁森（Per Svenningsson）指出，光遗传学让人们能以过去只能梦想的方式绘制大脑图谱。 绿藻感光蛋白的突破 在光遗传学问世前，神经科学界若要刺激大脑细胞，多仰赖微电极放电或注射神经化学药物。 然而，电刺激无法精准区分周遭不同种类的神经元，往往引发广泛而杂乱的组织反应；化学药物则受限于扩散速度，耗时数秒至数分钟，无法跟上神经信号以毫秒计的传导节奏。 光遗传学的内核突破，始于赫格曼对单细胞绿藻「衣藻」（Chlamydomonas）趋光泳动特性的探究。 2000年代初期，赫格曼与纳格尔在绿藻中发现一种具独特特性的蛋白质「信道视紫质」（Channelrhodopsin）。

这种蛋白质受蓝光照射时，信道会打开，让带正电的离子流入细胞并产生电信号。 研究更证实，将这种蛋白质植入其他细胞后，也能让该细胞对光产生反应。 从培养皿走进活体大脑 代塞罗斯随后将信道视紫质基因植入培养的大鼠神经细胞，证实以蓝光照射即可诱发神经信号，并于2005年发表突破性成果；两年后，他进一步将这项光控机制应用于活体小鼠大脑。 光遗传学利用病毒等基因载体，例如如今广泛使用的腺相关病毒（AAV），将光敏蛋白（视蛋白，opsins）基因送入特定神经元，让科学家得以在毫秒等级的精确度下「开关」特定神经元。 在技术发展历程中，多位国际学者也奠定了重要基础。

麻省理工学院（MIT）神经科学家爱德华．博伊登（Edward Boyden）是2005年那篇关键论文的第一作者，与代塞罗斯共同创建神经元光控实验。 马克斯普朗克生物化学研究所的迪特．厄斯特海尔特（Dieter Oesterhelt）早在1971年便与同僚发现微生物光敏蛋白「细菌视紫质」，并揭示其利用光能转运离子的机制。

牛津大学生理学教授格罗．米森伯克（Gero Miesenböck）则于2002年率先以基因植入的感光蛋白，在培养的神经元中验证以光调控神经活动的概念，并在2005年以光控制果蝇的行为 临床试验点亮复明契机 光遗传学如今不仅广泛用于解析记忆提取、成瘾行为、恐惧制约及睡眠觉醒等神经回路，更已跨出动物模型，迈向人体临床应用。 欧美研究团队近年针对晚期遗传性「视网膜色素病变」（Retinitis Pigmentosa, RP）患者，进行光遗传学基因治疗临床试验。 在2021年发表的一项试验中，医师将编码光敏蛋白的基因载体注入患者眼球，使退化视网膜中尚存的神经节细胞获得感光能力，再让受试者配戴特制眼镜，将环境影像转换为特定波长的光脉冲。

结果显示，一名近乎全盲的受试者已能辨识并计数桌上对象、也能看见斑马线条纹，为部分失明患者带来恢复视觉的契机。 奖金方面，今年各奖项的奖金为1200万瑞典克朗（约合127万美元），较去年增加约9%。 若同一奖项有多位得主，将依规定分配奖金，今年生医奖由三人均分。 生医奖周一（5日）揭晓后，周二（6日）将公布物理学奖，周三（7日）为化学奖，周四（8日）为文学奖，备受瞩目的和平奖周五（9日）公布，压轴的经济学奖（瑞典中央银行纪念诺贝尔经济学奖）则将于下周一（12日）出炉。 至于去年的诺贝尔生理学或医学奖，则由布伦科（Mary E. Brunkow）、拉姆斯德尔（Fred Ramsdell）与坂口志文三位科学家共同摘下桂冠。

三人的发现揭示了免疫系统如何借由「调节性T细胞」抑制自身免疫反应，避免攻击自身组织，也就是调节免疫平衡的「周边免疫耐受」（peripheral immune tolerance）机制。