诺贝尔医学奖公布!快速给你说说这三位老哥是干啥的。
简单说就是:给大脑插上光纤,用几束蓝光像按遥控器一样精准操纵神经元的开与关。
它对于治疗帕金森、抑郁症、成瘾都有巨大的帮助,甚至还是脑机接口公认的下一代技术!
卡尔·戴塞洛斯(Karl Deisseroth)、彼得·黑格曼(Peter Hegemann)与格奥尔格·纳格尔(Georg Nagel)三位科学家凭“光门控离子通道和光遗传学”的奠基性发现,平分了1200万瑞典克朗(约合802万元人民币)的奖金。
很多人第一次听到这个消息,第一反应都会觉得,这是科幻电影里才会出现的情节,人类居然能用光线直接操控大脑细胞。
过去几十年,神经科学家一直卡在一个很难突破的瓶颈,人类可以观测大脑神经元什么时候放电,却没有办法单独控制某一组特定的神经细胞。
大脑内部密密麻麻,上亿个神经元交错纠缠,传统的电刺激手段相当于一把大锤,一通电就是一大片脑细胞集体被激活,根本分不清到底是哪一部分细胞在主导情绪、运动、欲望的变化,搞不懂疾病到底出在哪一条神经回路上,很多脑部疾病的研究也就只能停留在猜测阶段。
这项颠覆性技术的源头,并不是来自对人脑的研究,而是来自不起眼的单细胞藻类。
彼得・黑格曼和格奥尔格・纳格尔最早在研究藻类为什么会主动朝着光源游动,他们在藻类细胞上找到了一种特殊蛋白,只要蓝光打过来,蛋白上的离子通道就会瞬间打开,光信号直接转换成细胞内部的电信号,这就是整个光遗传学最核心的零件通道视紫红质。
最开始,科学界并没有意识到这个藻类蛋白能用来研究大脑,不少同行只把它当成一个微生物领域的小众发现,谁也想不到这个来自藻类的蛋白,日后会彻底改写神经科学整个学科。
真正把藻类蛋白和大脑神经元联系在一起的是卡尔・戴塞洛斯。他想到一个大胆的思路,如果把藻类的感光蛋白基因移植到动物大脑的神经元里面,原本对光线毫无反应的脑细胞,是不是就可以被光操控。
早期实验并不顺利,基因递送、蛋白表达、光纤植入,每一步都有大量失败,经过反复调试,实验终于出现突破。
科研人员把光纤植入实验小鼠大脑,导入感光蛋白之后,一束蓝光照射下去,指定的那一小撮神经元瞬间激活,更换另外一种波长光线,同一群神经元又立刻安静下来,时间精度可以达到毫秒级别,真正做到精准开关特定神经细胞,不再是过去那种大范围不分好坏的刺激。
这件事的意义远不止实验室里的动物实验。以前我们研究抑郁症、帕金森、药物成瘾,只能观察患者大脑扫描图像,看到某些脑区活动异常,却没办法证实,到底是脑区异常导致生病,还是生病之后才出现脑区活动改变。
光遗传学解决了因果验证这个难题,科学家可以主动开关某一组神经元,直接观察动物行为随之发生什么样的改变,分清因果关系,搞清楚各类精神、神经疾病背后真实的发病逻辑。
也正是因为这个能力,全球几乎所有神经科学实验室,都陆续把这套技术当成标配工具,二十年间产出成千上万篇重要研究成果。
不过我们也要理性看待,不要觉得这项诺奖成果马上就能走进医院治病。现在这套技术依然有很高门槛,想要让人类脑细胞表达感光蛋白,需要借助基因载体递送,还要植入光纤,属于侵入式手段,人体的安全、伦理问题还没有完全解决,距离大规模临床普及,还有很长的路要走。
但它给行业指明全新方向,现在不少脑机接口的研发,都把光遗传作为下一代技术路线,对比现在主流的电极脑机接口,光线刺激不会带来电极金属带来的异物干扰,能够更加精准地靶向目标细胞,未来有机会用来干预震颤、情绪障碍、顽固成瘾等很难处理的病症。
诺贝尔奖一向偏爱基础科学工具的发明,很多时候拿奖的成果,不会立刻产出特效药,却能给整个科研领域打开一扇全新大门。
在光遗传学诞生之前,人类看大脑就像隔着毛玻璃观察一台复杂机器,只能看见机器整体运转,看不清内部每一个零件如何工作。三位科学家的接力研究,等于给研究者递上了一把可以单独拨动零件的扳手,让我们有机会一点点拆开大脑的秘密。
人类对大脑的探索才刚刚起步,很多精神类疾病至今没有彻底根治的办法,一部分原因,就是我们还没有彻底读懂大脑复杂的神经回路。
光遗传学只是一个起点,未来这项技术会走到哪一步,会不会真正帮助无数被脑病折磨的普通人,也留给整个科学界继续探索。
不知道在你看来,如果未来真的实现用光调控人脑神经,我们最应该优先用来解决哪些病痛?欢迎在评论区聊聊你的看法。

