简单解释一下今年的诺奖生理学或医学奖，因为这个「光遗传学」很多人用AI解读也不一定看得懂。

我自己以前在的实验室主要是研究阿尔茨海默病的，而这次的光遗传学就是神经科学的重要工具。以下内容是简化过的，主要是帮助大家理解它为什么能拿获奖。

1.大脑是最复杂的器官，没有之一，至今仍然有很多未解之谜，而我们对于大脑甚至有很多误解，比如大家熟知的「人类只用了大脑的10%」、「右脑开发/全脑开发」，这些都是谣言，而我们针对大量疾病，包括阿尔茨海默病、中风、帕金森，以及各种精神疾病都缺乏理想的治疗手段，原因之一还是在于我们对大脑的了解有限。

这是一个含有超过860亿个神经元的器官，我们要研究它，首先要有可靠的工具。解剖学、神经影像学和体外试验等手段各有各的优势，也各有各的限制。

而如果要用一句话总结这次诺奖为什么颁发给他们仨，那就是他们让科学家可以用光，选择性的开关活体大脑中某一类神经元。

2. 这三人的贡献是一环扣一环的接力。

首先是Peter Hegemann（德国柏林洪堡大学，现年71岁），他在研究衣藻（单细胞绿藻）如何朝着光游动的时候发现了光敏蛋白，这种蛋白遇到光会打开离子通道，让离子进出细胞。

后来他和Georg Nagel（德国维尔茨堡大学，现年73岁）在21世纪初合作，把这个光敏蛋白（通道视紫红质，ChR）基因放进非洲爪蟾的卵母细胞中表达，证明了可以直接用光控制细胞膜上的离子流动，让细胞产生电活动。

最后是Karl Deisseroth（美国斯坦福大学，现年54岁），他将编码这个光敏蛋白的基因导入了神经元，证明了毫秒级的蓝光脉冲就可以触发神经元放点，之后又在活体小鼠脑中实现了光控（植入很细的光纤）。

由于他们三人的贡献，光遗传学被用在全球许多实验室，用来探索大脑的奥秘。

3. 那么问题来了，可能有些朋友会问，这个工具能解决什么问题？

这边简单说两点。

首先大脑由不同的区域组成（皮层、深层结构等，皮层又有额叶顶叶枕叶颞叶等），每个区域又有多种不同类型的神经元构成（比如谷氨酸神经元、GABA神经元等），我们过去想研究某个区域的神经元，电击刺激会让一片区域各种神经元激活，而药物刺激起效又太慢了。
而光遗传学，能够同时实现特异的细胞类型和毫秒级的时间精度。

其次，我们过去的研究很多时候只能观察到相关性，但不知道是否有因果关系。

比如小鼠看到捕食者，大脑杏仁核的某一群神经元亮了（活动增强）。那么问题是，到底是神经元亮了导致恐惧，还是恐惧时神经元顺带亮了（相当于这些神经元跟着凑热闹）？

以往的神经科学工具解决不了这个问题，但是光遗传学有办法判断是否有因果关系，可以在不出现捕食者的时候单独刺激这群神经元，发现小鼠出现了恐惧行为；或者反过来，在小鼠恐惧时用光把这群神经元抑制掉，发现小鼠的恐惧行为明显减退。

这就是光遗传学把神经科学从看到大脑里发生了什么，推进到了直接操纵脑子里发生什么。

4.当然对于大多数不了解神经科学的普通人来说，可能只想问一个问题——这东西到底有啥用？

很遗憾，目前还远没有到大规模临床运用的阶段。但实际上，很多后来改变临床的诺贝尔生理学或医学奖，在一开始的时候都是基于非常基础的生理学研究。

比如研究T细胞如何刹车，研究线虫里某个基因沉默现象，研究体外合成的mRNA为什么会引发炎症，这些获得诺奖的研究对普通人来说似乎都非常枯燥，但是它们后续的成果最终都改变了普通人的医疗——肿瘤免疫治疗（PD-1和CTLA-4抑制剂）、半年打一次的降血脂药和新冠疫苗。

只不过这些医学成果离这些最初的基础研究，都要迟上几十年，mRNA疫苗的应用几乎已经是最快速的了。

5. 当然光遗传学现在也有一些初见曙光的临床运用，比如治疗视网膜色素变性。

时至今日，绝大多数类型的视网膜色素变性（RP）都缺乏有效治疗，这个病的核心问题在于患者的视网膜感光细胞（视杆细胞和视锥细胞）逐渐死亡，但是视网膜背后的神经细胞往往还活着。而光遗传学的方法就是用病毒载体把光敏蛋白的基因送进这些幸存细胞，让它们直接承担感光的任务。

在2021年就有一例成功的临床试验（发表在Nature Medicine上），一位失明多年的RP患者在接受这个治疗后，加上佩戴特殊眼镜，眼睛可以感知、定位、计数并触碰桌面上的物品。当然这还是非常前沿的临床转化，不等于患者恢复视力了，光遗传视觉治疗仍然有大量问题需要解决的。

但仍然是刚才说的，从基础发现到大规模临床运用，往往需要几十年的时间。光遗传学能获得诺奖，最重要的原因在于它让许多科学家有了一种新的工具去探索大脑，探索这个功能极其复杂的器官，以期待能找出治疗各种神经系统疾病的新方法。

还记得我们一开始说的吗，这次诺奖的最初探索，只是源于一位科学家几十年前对于绿藻如何朝着光游动的好奇。

人类向着光明的方向，总能找到答案。

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