從培養皿的一側照進一束光，微小的綠藻便向光源游去。這種沒有大腦的單細胞生物為什麼能如此迅速地對光作出反應？

　從發現綠藻中的感光蛋白，到用它調控神經細胞，2026年諾貝爾生理學或醫學獎得主卡爾·戴塞羅思、彼得·黑格曼和格奧爾格·內格爾以及其他研究者，把一種微小生命的本領變成了探索大腦記憶、感覺和行為的重要工具。

　這是10月5日在瑞典斯德哥爾摩拍攝的2026年諾貝爾生理學或醫學獎公布現場。新華社記者 呂優 攝

　綠藻藏着一扇「小門」

　20世紀90年代初，黑格曼研究一種名為衣藻的單細胞綠藻時發現，光到達它的感光部位「眼點」後僅約半毫秒就出現了電信號。如此迅速的反應讓他想到，衣藻對光作出反應的過程可能不像人眼那樣需要經過複雜的「層層傳話」。他認為，接收光和讓帶電離子通過的裝置，也許就在同一個蛋白質複合體中，如同細胞表面有一扇見光就開的「小門」。

　不過，當時人們雖然知道許多離子通道，卻不清楚哪一種能直接受光控制，這一理論也因此受到質疑。

　尋找這扇「小門」並不容易，相關蛋白質一旦離開原來的細胞環境就容易受損。經歷多年挫折後，黑格曼團隊找到了兩個候選基因，他隨後聯繫同行內格爾，設法檢驗它們的功能。

　圖片來源於諾貝爾獎官網。研究人員將相關基因導入蛙卵後，蛙卵開始產生離子通道蛋白。當有光照射時，這些通道會打開。離子隨即流過通道，產生電信號。

　內格爾讓蛙的卵細胞大量合成兩種相應蛋白質，再觀察它們遇光後的反應。結果證實，新發現的兩種蛋白質就是能被光打開的離子通道，研究人員將其命名為通道視紫紅質-1和通道視紫紅質-2。

　更令人興奮的是，把其中一種蛋白質的編碼基因導入哺乳動物細胞後，這些細胞也獲得了對光產生電學反應的能力。綠藻的感光本領原來可以「借」給其他動物細胞。這項發現，為另一個研究領域帶來了機會。

　給腦細胞發光「指令」

　在5日舉行的諾貝爾生理學或醫學獎新聞發布會上，評獎委員會成員阿卜杜勒·馬尼拉請人們設想一名面對棋盤的棋手：觀察棋子位置，回憶此前對局，預判對手反應，權衡各種走法，最終落下一子。完成這一系列過程，需要大腦中許多神經細胞共同活動。而理解這一過程，僅僅觀察大腦並將其活動模式與行為聯繫起來還不夠，「這需要確立因果關係」，馬尼拉說。

　圖片來源於諾貝爾獎官網。科學家曾夢想使用一種開關來控制神經細胞。

　難處在於，挨在一起的神經細胞可能各司其職，甚至干作用相反的事，神經活動又在毫秒之間快速變化。科學家需要一種辦法，既能精準選中特定神經細胞，又能跟上它們的活動節奏，通過改變這些細胞的活動，觀察由此帶來的行為變化。

　研究神經科學的精神科醫生戴塞羅思就很希望獲得這樣的工具。患者的痛苦促使他追問，大腦為什麼會出現異常，抑鬱症患者為什麼難以感到快樂？

　戴塞羅思於是寫信給內格爾，請求獲得編碼通道視紫紅質-2的基因信息。收到材料後，他的團隊將其導入培養皿中的大鼠神經細胞，讓這些細胞製造這種蛋白質，並通過藍光照射成功觸發神經信號。

　2005年戴塞羅思團隊發表相關研究成果，實現了以毫秒級精度用光觸發神經細胞活動。後來這種方法和相關研究領域被命名為光遺傳學。此後戴塞羅思團隊通過細光纖把光送入活體小鼠腦內，激活運動皮層中的特定神經細胞，從而控制小鼠鬍鬚的運動。隨着工具不斷豐富，研究人員還培育出可由不同波長的光激活的感光蛋白，有的能促進神經細胞活動，有的能抑制其活動。

　小疑問通向大世界

　一道光讓小鼠鬍鬚動起來，只是開始。戴塞羅思與其他研究人員合作，還讓小鼠腦中一類與覺醒有關的神經細胞獲得感光能力，用光刺激這些細胞，讓熟睡的小鼠醒了過來。

　2012年發表在《自然》雜誌的另一項光遺傳學早期重要研究則聚焦於記憶。研究人員用相關蛋白質標記了小鼠形成恐懼記憶時活躍的一群神經細胞，隨後在另一環境中用光重新激活這些細胞，小鼠的恐懼反應隨之增加。

　圖片來源於諾貝爾獎官網。研究人員將特定基因導入活體小鼠的大腦。隨後他們將一根細光纖植入大腦。當光通過光纖照射神經細胞時會觸發一種神經信號，從而引起小鼠鬍鬚的運動。

　另一些研究則將看似完整的行為拆解為不同環節。例如，小鼠將幼崽叼回巢中和為幼崽舔舐身體的行為，就涉及不同的神經通路。「這個工具可以幫我們搞清楚大腦里哪一部分、哪一個細胞對應哪一種相關行為，或是特定情緒、記憶。」諾貝爾生理學或醫學獎評委、瑞典卡羅琳醫學院臨床免疫學教授潘嬙接受新華社記者採訪時說。

　瑞典卡羅琳醫學院教授安娜·韋德爾說，人腦有許多小鼠不具備的功能，但不同哺乳動物的大腦也有相通之處。研究人員可以先在動物模型中尋找癡呆、癲癇、成癮等疾病涉及的細胞，再藉助影像等手段，研究這些發現如何適用於人類。

　這束光也開始照向臨床。已有研究人員嘗試用光遺傳學幫助某些視網膜疾病患者恢復部分視覺功能，多項相關臨床試驗正在進行。光遺傳學「首先是一種基礎研究工具，對於研究和理解疾病具有重要價值」，評獎委員會秘書托馬斯·佩爾曼說。

　黑格曼最初追問的不過是一種綠藻為什麼能朝光游動，他沿着這個小小的疑問探索下去，與其他研究者一起，把綠藻感知光的本領，變成了研究大腦的工具。

　基礎研究的一個動人之處或許正在於此：我們未必能在提出問題時就知道答案會指向哪裏。培養皿里向光聚攏的一抹綠色，最終讓我們多了一種理解自己大腦的方式。