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2026年，瑞典卡罗林斯卡学院把诺贝尔生理学或医学奖颁给了三位科学家：斯坦福大学的卡尔·戴瑟罗思、柏林洪堡大学的彼得·黑格曼，以及维尔茨堡大学的格奥尔格·纳格尔。他们让一种听起来像科幻的技术成为现实：光遗传学。
【用光开关脑细胞】
光遗传学是什么？简单说，科学家可以用不同颜色的光束，打开或关闭一个个神经细胞。诺贝尔医学委员会主席佩尔·斯文宁松说，光遗传学提供了“绘制大脑的机会，这种机会过去我们只能梦想”。目前，还没有其他技术能这样精确地研究活体大脑。它能帮助科学家理解神经系统怎样工作，也帮助研究多种神经疾病和障碍。
如果脑细胞像电灯，光遗传学就像遥控开关。你觉得，能精确开关脑细胞，会让科学家更容易理解大脑，还是更让人担心？
【故事从一种小藻类开始】
这项技术的基础，居然来自微生物研究，也是不同生物学领域融合的成果。上世纪最后，黑格曼研究一种单细胞藻类——衣藻，想知道它怎样发现光、对光作出反应。以前的研究发现，衣藻表面有一个“眼点”：一个小橙色点，里面有对光敏感的分子，叫视黄醛。
黑格曼用微小电极测量衣藻产生的电信号。他发现，衣藻收到光后大约0.5毫秒就能产生电脉冲；人眼感光至少要10毫秒。也就是说，衣藻的反应比人眼快约20倍。黑格曼提出，衣藻感光一定比人眼简单得多。
【一个蛋白，既是感光器又是通道】
1990年代初，黑格曼提出：眼点里可能有一种蛋白，既能感光，又能直接响应光，像通道一样让离子通过。这个想法当时有争议，因为已知的离子通道很多，但没有一种能自己感光。
黑格曼尝试把光敏蛋白从眼点中分离出来，可它们离开原本环境后变得不稳定。后来，日本研究人员测出了衣藻的完整DNA。黑格曼团队因此找到两个基因，它们能制造出符合“光控通道”特征的蛋白。
格奥尔格·纳格尔接着验证这两个基因的功能。他把每个基因分别放进不同的青蛙卵里。卵开始制造相应蛋白，蛋白来到细胞膜上。纳格尔打开灯，两种蛋白都像离子通道一样，在光下打开。它们被命名为通道视紫红质-1和通道视紫红质-2。后来的实验显示，第二个基因制造的蛋白ChR2打开特别快，离子流动只需0.2毫秒，这解释了衣藻最初那种惊人的快速光反应。
如果你是研究人员，看到青蛙卵里的细胞因为光而出现电信号，你会先想到它可能用来做什么？
【从青蛙卵到大鼠神经细胞】
当科学家把这个基因放进通常不感光的哺乳动物细胞后，细胞被照亮时也会产生电信号。这让神经科学家非常兴奋。离子通道在许多细胞里都重要，在神经系统中尤其重要。神经元之间沟通用的电脉冲，离不开离子进出细胞。换句话说，如果能控制离子通道，就有可能控制神经元。
卡尔·戴瑟罗思一直在寻找一种方法，能在活体大脑里切换特定神经细胞的活动。他认为，这种工具能帮助理解大脑功能，也可能为治疗抑郁症、精神分裂症等疾病打开新路。ChR2被发现后，他请纳格尔提供DNA序列，把它导入大鼠神经细胞。培养皿里的神经元制造出ChR2，被蓝光照到后立刻反应，发出电脉冲，并把信号传给其他神经元。这个结果在2005年获得，决定了ChR2可以成为神经科学工具。
【光遗传学工具箱】
之后几年，戴瑟罗思、黑格曼和纳格尔合作，找到其他能用不同波长光激活或关闭神经元的蛋白。现在，研究人员可以设计实验：用一种波长的光打开一组神经元，用另一种波长的光控制另一组神经元。2006年，“光遗传学”这个名称出现，此后它被用于多种研究。
卡罗林斯卡学院诺贝尔大会在新闻稿中说：“利用光遗传学，研究人员已经能够揭示与特定记忆、感受和行为有关的神经回路，这些都与神经和精神疾病相关。在临床医学中，研究人员正在尝试用这种方法帮助视力受损的人恢复视力。”
光遗传学还提醒我们：基础研究可能来自意想不到的地方。研究一种小藻类，最后却改变了神经科学。今天科学家能控制神经细胞，明天他们可能更了解记忆、情绪和疾病。可是，越强大的工具，越需要认真讨论它应该怎样被使用。如果这种工具有一天能治疗疾病，你觉得应该先定下哪些规则？
这篇报道最初出现在WIRED en Español，并由西班牙语翻译。
