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| 就像我們開燈關燈一樣，神經細胞也能被打開或關上 ©SciePro/Science Photo Library/Getty Images |
什麼跟什麽？研究藻類、光、開關、神經系統的科研人獲得諾貝爾醫學獎…… 問了我德國女友，一位神經科女醫生，她説：我昨天詳讀明鏡周刊的報導，也沒讀懂!!
哪篇報紙文章最能清楚地闡述研究藻類、光、開關、神經系統從而獲得2026年諾貝爾醫學獎？ChatGPT 告訴我兩個來源：
· 印度新聞社
《時代周報Zeit Online》的報導也非常出色，特此譯出。
諾貝爾醫學獎
Licht, das ängstlich macht. Oder wach. Oder wütend 會讓人害怕的光缐。或清醒、或憤怒
一場腦科學研究的革命讓兩名德國人和一名美國人榮獲諾貝爾醫學獎：他們用光學與基因療法，竟能夠隨心所欲地開關人的神經細胞。
作者：Dr. Jakob Simmank, Dr. Anna Carthaus 和Tom Kattwinkel
5. Oktober 2026
該如何理解這樣一個器官：它漂浮在永恆的黑暗中，由數十億個細胞組成，這些細胞每一毫秒都會釋放電脈衝，自發地聚集成小群體，卻又在片刻之後重歸各自軌道？這個器官能產生像是意識、個性、狂喜、憤怒、感動與悲傷等難以捉摸的情緒？
對，就是大腦，它是人體最複雜的器官。今年的諾貝爾醫學獎頒發給三位科學家，他們找到了一種方法，得以解開大腦的部分謎團。獲獎者包括兩位曾任職於Max-Planck-研究所的德國科學家——現於柏林洪堡大學 (Humboldt-Universität in Berlin) 從事研究的Peter Hegemann，以及維爾茨堡大學（Universität Würzburg）的Georg Nagel——他們徹底改變了腦科學研究。
Nagel、Hegemann以及第三位諾貝爾獎得主——美國學者Karl Deisseroth——共同開發了光遺傳學的基礎技術。這些技術使得研究人員能夠在活體動物身上，於數毫秒內精準地打開或關閉單一神經細胞。這項技術所需的唯一要素就是光。這使我們能夠對以下問題獲得完全嶄新的見解：哪些腦區負責哪些功能；哪些神經細胞會引發攻擊性、哪些會引發恐懼感、哪些則會讓人保持警覺。
柏林馬克斯·德爾布呂克分子醫學中心（Max-Delbrück-Zentrum）的系統生物學家 Nikolaus Rajewsky 與 Peter Hegemann 相識甚深：「我對他獲獎感到無比高興，這項殊榮實至名歸，」 Rajewsky表示。「這也為德國加分。德國的基礎科學得到全世界欽羡和注目。」
這項現已獲獎的研究始於一項觀察：像藻類或細菌這樣的簡單生物，不僅利用光來產生能量，還將光作為信號。例如，綠藻會擺動它微小的尾狀突起，以朝向光源移動。當光線移動時，綠藻也會改變它移動的方向。然而，在這些單細胞綠藻體內究竟發生了什麼變化？解開這個謎團，正是Nagel與Hegemann畢生的研究成果。
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| Peter Hegemann, 71, 是柏林 洪堡大學的生物物理學家©Philipp Plum/ Humboldt-Universität zu Berlin/Reuters |
Peter Hegemann 證實：一旦綠藻接觸到光線，就能在它細胞膜上測量到電流，這是一種原始的激活方式。先有光，再有電流，接著綠藻便開始擺動鰭。
令人驚訝的是，這個過程發生得何等迅速：僅在幾毫秒內便完成了。對於細胞內複雜的反應而言，這段時間短得驚人——例如光合作用中，植物利用光能產生能量的過程。這究竟是如何做到的？Hegemann 早在九〇年代中期就曾推測：藻類的光受體可能直接與離子通道相連。這種通道是膜上的隧道，允許特定帶電粒子通過，從而產生電流——這正是 Hegemann 所測量的電流。
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| Georg Nagel, 現年73歲，是 維爾茨堡大學的生物物理學家© Rudi Merkl/Universität Würzburg |
研究人員將這兩個能讓帶正電的粒子流入細胞、從而直接引發激活了光感測器，命名為「通道視蛋白」（Channelrhodopsin）。時至今日，它們仍是光遺傳學研究中至關重要的組成要素。
第三位諾貝爾獎得主 Karl Deisseroth 正是將這些發現轉化為基礎研究中強大新工具的人。2000年代初期，當 Nagel 和 Hegemann 正以藻類進行實驗之際，Deisseroth 那時在史丹佛大學接受精神科醫師的培訓。
他一直苦思不解：究竟該如何從極微小的層面——即單一神經細胞的放電及其相互作用——來解釋那些宏大的現象，例如我們的思考、感受與行為？
隨著 Nagel 和 Hegemann 的發現，他掌握了不僅能被動檢測單一細胞的放電活動，更能主動控制其放電的手段——且能在毫秒內以極高的精準度完成。這就像一個「反向電燈開關」：光線扳動開關，從而激活細胞。
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| Karl Deisseroth, 54歲，現任 史丹佛大學精神科醫師暨神經 生物學家©Jim Gensheimer/ Stanford Medicine/Reuters |
在一年內，多位研究人員採用了這項概念，將通道視蛋白植入秀麗隱桿線蟲（C. elegans）和果蠅體內。隨後，他們逐漸將研究焦點轉向神經細胞：例如雞的海馬體（Hippocampus)＊或脊髓。然而，在此過程中又遇到了一道難關：當細胞無法像培養皿中的細胞那樣直接接觸時，該如何將光線引導至細胞附近？
＊維基百科：海馬體在人類認知功能中扮演着重要的角色，
它不僅參與人類記憶的存儲活動，
而且在空間處理和導航方面發揮着重要作用。
2007年，Karl
Deisseroth 與他的團隊共同研發出一台裝置，將微型雷射二極體深入植入動物大腦深處——此前，他們已將光遺傳學開關植入這些動物的腦細胞中。如今，這些科學家能夠對那些頭部懸掛著電纜、但除此之外仍精神抖擻、四處奔跑的小老鼠，進行特定神經細胞的開關——例如透過光訊號來驅動牠們的鬍鬚。
關於動作，我們洞悉大腦如何控制動作。然而，對於更複雜的現象——例如我們的清醒狀態——又是如何呢？為了驗證這一點， Karl Deisseroth 將該方法應用於會釋放神經遞質「下視核素」（orexin）的細胞上。這種神經遞質對我們的清醒狀態至關重要。這次，研究人員僅需按下按鈕，便能讓處於深度睡眠中的小鼠恢復清醒。
此外，也有可能將某些事物「寫入」大腦：例如錯誤的情緒反應、某段記憶，或是與環境相關的恐懼反應。當研究人員激活海馬迴中與某個引發恐懼的場所相關的記憶細胞時，這些老鼠儘管從未去過該處，卻突然表現出恐懼的反應。
這類實驗能夠揭示因果關係之間的直接連結。當神經細胞被激活時，效果會立即顯現。這使神經科學家能夠越來越深入地理解，在特定行為中究竟是哪些細胞發揮了作用。過去，人們曾認為杏仁核（amygdala）是大腦的恐懼中樞。光遺傳學方法顯示，這種說法實在過於籠統。雖然杏仁核在恐懼反應中扮演著關鍵角色，但其中甚至存在具有抗恐懼作用的區域和神經細胞。
這種新的精確度也讓腦科學研究得以更深入地理解某些行為模式。例如，某些行為在腦部層面上其實是相互關聯的，而研究人員過去卻將它們嚴格區分開來。在動物身上，單一的神經迴路——遵循著一個連續的過程——既負責社交互動、配對行為，也負責對潛在競爭對手發動攻擊。
對行為、情緒與思想——進而對精神疾病——有更深入的理解，這一切都是光遺傳學所承諾的。如今，研究人員已借助這項技術，針對憂鬱症、成癮、癲癇或失智症等疾病中起作用的神經迴路進行探究——包括哪些細胞參與其中、它們之間的互動究竟哪裡出了問題，以及如何可能加以糾正。然而，這項研究迄今主要以小鼠為對象——目前尚不清楚這些發現未來是否能應用於人類。
對行為、情緒與思想——進而對精神疾病——有更深入的理解，這一切都是光遺傳學所承諾的。如今，研究人員已借助這項技術，針對憂鬱症、成癮、癲癇或失智症中發揮作用的神經迴路進行探究——包括哪些細胞參與其中、它們之間的互動究竟哪裡出了問題，以及可能的話如何加以糾正。然而，這項研究迄今主要以小鼠為對象——目前尚不清楚這些發現未來是否能應用於人類。
至於完全不同的疾病，情況則截然不同。在此方面，醫學界人士期望這項技術能盡快應用於人類治療。發現這種生物光開關，難道不也應該能用於治療無法治癒的眼部疾病嗎？以所謂的「視網膜色素變性 Retinitis
Pigmentosa」為例，德國有數萬人罹患此症，患者的視網膜感光細胞會逐漸退化。也就是說，正是這些感官細胞負責處理來自周遭環境的光刺激，並將其轉化為電訊號。
研究人員無法透過光遺傳學技術來取代已死亡的視細胞。相反地，他們試圖將視網膜中未受疾病影響的其他神經細胞轉化為視細胞。為此，他們——如同在動物模型中所做的那樣——注射含有光遺傳學開關設計藍圖的病毒。隨後，視網膜中完好的神經細胞會將該開關整合到其細胞膜中。當光線進入眼睛時，開關便會作出反應——細胞隨即發出電訊號，並沿著視神經傳遞至大腦。
研究人員早在2021年便已報告了首例採用此療法治療的患者。這名58歲的患者在治療後，重新能夠辨識大型物體的輪廓，例如走廊盡頭的門，或是腳下的斑馬線。這是首份基於光遺傳學的成功病例報告。目前有多家企業正致力於改進該療法。
光遺傳學對於內耳性聽力損失也可能有所幫助。哥廷根市喬治-奧古斯特大學（Georg-August-Universität in Göttingen）的聲學神經科學教授Tobias
Moser正利用這項技術開發新一代助聽器，亦稱為人工耳蝸。
迄今為止，對於患有內耳性聽力損失的人士，通常會植入電子式人工耳蝸。該裝置將環境中的聲學訊號轉換為電刺激，並直接刺激聽神經，使患者得以恢復聽力。然而，這項技術仍有其局限性：患者透過此裝置所能聽到的聲音種類非常有限。因此，他們往往難以在嘈雜的環境中跟上對話內容。光遺傳學方法有望改善這一狀況。
Moser表示，藉此可將更多關於音高的資訊傳遞至聽神經。為此，他與團隊計畫將光纖植入耳蝸，並透過基因改造使其中的神經細胞對光產生反應。在動物實驗中，這項技術已證實可行，預計將於本十年末展開首項針對患者進行的臨床試驗。不過，Moser指出，在人體上測試此類療法相當耗時，且相關的安全門檻極高。
這兩項研究案例顯示：光遺傳學技術有望應用於各種截然不同的疾病。但也表明：從諾貝爾獎到臨床應用的道路可能還很漫長。
目前，我們可以為這項強大的工具感到欣喜，它有望從人類最神秘的器官中揭開更多奧秘。當然，我們為這兩位獲得諾貝爾獎的德國科研人感到高興。
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