10月5日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，将2026年诺贝尔生理学或医学奖授予三位科学家：美国斯坦福大学及霍华德·休斯医学研究所的卡尔·戴瑟罗斯（Karl Deisseroth）、德国柏林洪堡大学的彼得·黑格曼（Peter Hegemann），以及德国维尔茨堡大学的格奥尔格·纳格尔（Georg Nagel）。
获奖理由为“发现光门控离子通道与光遗传学”，1,200万瑞典克朗奖金由三人平分。
黑格曼（1954年生）与纳格尔（1953年生）均为生物物理学家，其核心发现分别完成于马丁斯里德的马普生物化学研究所和法兰克福的马普生物物理研究所。戴瑟罗斯（1971年生）拥有神经科学博士和医学博士学位，至今仍是一线精神科医生。
图丨三位诺奖得主：戴瑟罗斯、黑格曼、纳格尔（来源：Nobel Prize）
诺奖委员会概括了三人的贡献：黑格曼和纳格尔在单细胞绿藻中发现了通道视紫红质（channelrhodopsin），戴瑟罗斯将其改造为控制神经细胞的光控开关。研究人员将编码该蛋白的基因导入特定神经元，通过光照可在毫秒级精度让细胞精准放电，从而观察动物行为、情绪与记忆的变化。这套方法被称为“光遗传学”（optogenetics）。
光遗传学的诞生并非灵光一现，而是生物物理学、藻类学与神经科学三条平行研究路线在2003年前后的汇聚。
电极局限与克里克的预言
用电刺激探究大脑功能始于1870年。此后，尽管电生理记录和脑成像技术日益灵敏，但传统手段存在明显缺陷：电极无法区分细胞类型，会无差别激活周围所有神经元；损毁脑区不可逆；药物注射起效慢，无法匹配神经元毫秒级的放电节奏。这导致研究者难以证明“特定细胞活动引发了特定行为”。
1979年，弗朗西斯·克里克提出，神经科学需要一种能精准激活或关闭特定类型神经元而不干扰其他细胞的新方法。1999年，他进一步设想光是理想的控制信号，但当时这一想法被认为“相当牵强”。
理想工具需满足三个条件：可通过基因手段送入特定细胞、响应速度够快（毫秒级）、最好是单一蛋白。最终满足这些条件的，是一种来自绿藻的蛋白。
古菌中的光驱动泵
1971年，Dieter Oesterhelt和Walther Stoeckenius发现高盐古菌膜上的“细菌视紫红质”，证实单个蛋白质可在光照下直接驱动离子跨膜运输。这与动物视觉依赖复杂级联反应的机制截然不同。70年代末，研究者又发现了能将氯离子泵入细胞的卤视紫红质。
黑格曼师从Oesterhelt，纳格尔师从Ernst Bamberg，两人均深耕该领域。1995年，纳格尔利用爪蟾卵表达系统，成功测量了细菌视紫红质光照引起的电流，为后续研究奠定技术基础。
绿藻中的快速通道
莱茵衣藻具有趋光性。1984年，黑格曼在Kenneth Foster实验室发现，绿藻感光反应速度比人眼快二十倍以上，推测其感光受体与离子通道为同一蛋白。但由于蛋白微量且易失活，分离工作停滞近十年。
2000年前后，随着基因组学发展，黑格曼团队筛选出两段与细菌视紫红质相似的基因序列。黑格曼将基因寄给纳格尔，后者通过爪蟾卵系统证实：第一个蛋白（ChR1）在绿光下打开通道让质子流入。2003年，团队在《PNAS》发表成果，确认ChR2对蓝光敏感，光照后不到0.2毫秒即可开放，允许阳离子快速涌入，且在哺乳动物细胞中同样有效。
图丨绿藻基因注入爪蟾卵细胞，光照打开离子通道、产生电信号（来源：The Nobel Committee for Physiology or Medicine）
这一发现补齐了光遗传学的关键拼图：一个单一蛋白兼具感光与离子通道功能。
2004年夏天的突破
在神经科学领域，Edward Boyden和Karl Deisseroth最初探索磁控方案未果。2002年，Gero Miesenböck虽实现光控神经元，但响应延迟数秒；其他化学生物学路线则需注射人工分子。
ChR2的出现改变了局面。2004年，Deisseroth与Boyden合作，从纳格尔处获得ChR2质粒。纳格尔提供的融合黄色荧光蛋白（YFP）的突变株极大降低了实验难度。2004年8月，Boydern在培养的大鼠海马神经元中成功实现蓝光脉冲触发动作电位。
图丨ChR2装进神经元后，蓝光触发神经信号（来源：The Nobel Committee for Physiology or Medicine）
2005年，张锋将ChR2组装进慢病毒载体，提高表达效率。相关奠基论文历经拒稿，最终于2005年8月在《自然-神经科学》发表。同期，潘卓华、八尾宽等团队也独立实现了基于ChR2的光控神经活动。
由于诺奖最多三人限制，评委会选择了发现通道的黑格曼、纳格尔以及确立其神经科学工具地位的戴瑟罗斯。Boydern、Bamberg等人虽未获奖，但欧洲“大脑奖”等荣誉已认可其贡献。
从胡须颤动到记忆植入
2006年，“光遗传学”术语正式确立。为解决活体脑部光源导入难题，Deisseroth团队采用光纤植入技术。2007年，他们成功通过光照控制小鼠胡须颤动，并证实刺激下丘脑泌素神经元可唤醒熟睡小鼠。
随后，结合对黄光敏感的卤视紫红质，科学家实现了用不同颜色光线分别控制神经元的兴奋与抑制。2010年，光遗传学被《自然-方法》评为年度技术。
该技术解决了神经科学中的因果难题。2012年，利根川进实验室与Deisseroth合作，通过激活特定神经元群，成功在小鼠身上重现恐惧记忆，甚至植入虚假记忆，证实了“记忆印迹”假说。此外，研究还揭示了多巴胺神经元、杏仁核通路等在奖赏、焦虑等行为中的精细分工。
尽管光遗传学存在同步放电非自然、局部发热等局限，但随着双光子全息光学照明等技术的发展，操控精度正逐步提升。
临床转化：最先照亮盲人世界
光遗传学走向临床面临基因递送和光源导入两大挑战。眼睛因具备天然透光性和免疫赦免环境，成为首选突破口。
针对视网膜色素变性，光遗传疗法通过基因转染使残存的下游细胞获得感光能力，属于通用型策略。2021年，首例盲人患者通过注射携带红移通道视紫红质基因的病毒并佩戴特制护目镜，部分恢复视觉功能。
目前，Nanoscope Therapeutics开发的MOGENRY疗法无需外置设备，在室内光下即可激活，临床试验显示患者视力显著改善，FDA预计将于2027年上半年给出审批结论。若获批，这将是全球首款商业化光遗传药物。中国药企星明优健的UGX202也已获NMPA临床试验许可。
在听觉领域，光学人工耳蜗研发也在推进，旨在利用光的高分辨率提升嘈杂环境下的听力。而在大脑疾病治疗上，光遗传学目前主要作为研究工具，用于定位帕金森、抑郁症等疾病的神经回路靶点，进而指导DBS或药物开发。
从克里克的预言到诺奖殊荣，光遗传学仅用短短几年便彻底改变了基础研究。然而，从实验室走向人类患者，尤其是直接进入大脑，仍是一条漫长且充满未知的道路。
参考资料：
1. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2026/press-release/
2. https://www.statnews.com/2026/10/05/nobel-prize-medicine-2026-winner-deisseroth-hegemann-nagel/
3. https://med.stanford.edu/news/all-news/2026/10/deisseroth-nobel-prize.html
4. https://www.aerzteblatt.de/news/optogenetik-nobelpreis-fur-medizin-geht-an-zwei-deutsche-und-einen-us-forscher-510abec5-a600-4857-ab58-590cb6c5c33a