当地时间2026年10月5日，瑞典斯德哥尔摩，卡罗琳斯卡医学院诺贝尔论坛举行新闻发布会，宣布将2026年诺贝尔生理学或医学奖授予卡尔·迪赛罗斯（Karl Deisseroth）、彼得·黑格曼（Peter Hegemann）和格奥尔格·纳格尔（Georg Nagel）。（图源：视觉中国）
所谓光遗传学，是一种让特定细胞对光产生响应，再利用光来控制这些细胞活动的研究技术。今天，它已经成为神经科学中一项重要的研究方法。
但20多年前，“用光控制神经元”还只是一个需要被证明的想法。
2004年8月的一个凌晨，在Karl Deisseroth所在的研究团队中，Edward Boyden正在记录一枚经过改造的神经元。当蓝光照向它时，神经元随即产生了电活动——研究人员真的可以通过光，让这枚神经元“启动”起来。
今天回头看，这一幕连接着两段原本相距很远的研究：一边是微生物怎样感知光，另一边是科学家怎样理解并操控大脑中的神经活动。
一种最初来自微生物感光研究的蛋白，为什么后来会成为研究大脑的重要工具？它又怎样在不同研究者的推动下不断被改造和拓展，从基础发现走进神经科学，又进一步进入疾病研究，并走向今天的多种应用探索？
01
从绿藻到神经元
光遗传学后来依赖的关键分子，最初并不是为了研究大脑而被寻找出来的。
早期的研究对象，是莱茵衣藻。这是一种能够根据光线变化调整运动方向的单细胞绿藻。Peter Hegemann长期研究它如何感知光，并与Georg Nagel、Ernst Bamberg等研究者合作，对其中的感光蛋白展开研究。
衣藻（Chlamydomonas）通过眼点感知光线。当光线足够强时，它会朝光源游去。（插图：Mattias Karlén）
2002年和2003年前后，研究人员陆续确认了ChR1和ChR2等通道视紫红质。它们有一个后来非常关键的特点：受到特定光照后，可以直接改变细胞的电活动。
这类能够被光控制的离子通道，正是此次诺奖所提到的“光控离子通道”，也成为后来光遗传学发展所依赖的重要分子工具。
当时，这些研究首先是在回答一个基础问题：绿藻究竟怎样感知光。
但对于研究神经系统的人来说，这种能够用光改变细胞电活动的特性，也带来了新的可能。
神经元同样依靠电信号活动。既然这种蛋白可以被光控制，如果把它放进神经元，会发生什么？
Nagel提供的ChR2材料随后被带入神经元实验，文章开头那个凌晨的蓝光实验，正是在这样的背景下发生的。
随后，Feng Zhang等继续改进相关表达和递送方法。2005年，Boyden、Zhang、Bamberg、Nagel和Karl Deisseroth共同发表研究，进一步展示了利用ChR2快速、可重复控制哺乳动物神经元活动的能力。
到这里，ChR2已经不再只是微生物研究中的感光蛋白，而开始成为神经科学可以实际使用的工具。最初这些关于绿藻感光机制的研究，并不是为了寻找控制大脑的方法，但两条原本相距很远的研究路线，就这样连在了一起。
而后来让光遗传学产生更大影响的，是科学家开始用这件工具去检验神经活动与行为之间的因果关系。
02
当一束光开始改变研究大脑的方式
2012年，一只已经离开恐惧环境的小鼠，再次出现了冻结反应。
这一次，触发它的并不是原来的环境，而是一束光。
2012年的一项研究中，研究人员标记了小鼠形成恐惧记忆时活跃的海马神经元，随后利用光重新激活这些细胞，并观察到相应的冻结行为。
研究人员此前已经标记了这只小鼠形成恐惧记忆时活跃的一群海马神经元。之后，他们利用光遗传学重新激活这些细胞，小鼠随即出现了与恐惧记忆相关的行为。
这个实验让科学家第一次能够更主动地验证：一群神经元到底只是和某种行为同时出现，还是确实参与了这种行为的产生。
过去，当科学家发现一群神经元会在某种行为发生时变得活跃，他们首先知道的是二者之间存在联系。但这些细胞究竟只是与行为同时出现，还是实际参与了行为的产生，仅靠观察很难回答。
有了光遗传学之后，研究者可以主动改变特定神经元的活动，再看行为会不会随之变化。
光遗传学改变的，不只是控制神经元的方法，也改变了科学家能够怎样向大脑提问。
记忆研究只是这类实验中的一个例子。类似的研究思路随后被用于运动、情绪、奖赏等不同问题，新的光敏工具也不断出现，用来控制不同类型的细胞和神经回路。
这种研究方式也不只适用于正常的神经活动。当科学家能够更精确地拆解神经回路之后，也可以进一步追问：疾病状态下，究竟是哪一部分出了问题？
更早在2009年，研究人员已经在帕金森病啮齿动物模型中，利用光遗传学分别控制丘脑底核区域中的不同神经成分，进一步分析深部脑刺激可能通过哪些神经回路发挥作用。
这类研究说明，光遗传学不只能用来研究正常的大脑活动，也可以帮助科学家进一步判断：疾病状态下，哪些神经细胞和神经回路真正参与了症状的产生。
而当研究者已经能够主动改变这些神经细胞的活动时，一个更进一步的问题也随之出现：能不能不只用它研究疾病，而是直接帮助恢复已经受损的神经功能？
03
从研究工具，到现实应用的探索
视觉恢复，是目前推进得较为具体的一条路线。
2006年，研究人员在视网膜退化小鼠中，让仍然存活的内层视网膜神经元表达ChR2，使这些原本不直接负责感光的细胞获得了对光的响应能力。
思路并不难理解：如果原本负责感光的细胞已经受损，能不能让眼睛里其他仍然存活的神经细胞接过一部分感光功能？
真正困难的，是把这个思路从动物实验带到人体。
光敏蛋白怎么选、怎样送进目标细胞、刺激强度如何控制、安全性和稳定性怎样保证，都需要重新解决。这一走，就是十多年。
2021年，研究人员报告了一名晚期视网膜色素变性患者接受光遗传学治疗后的结果。
研究团队通过基因治疗，让患者视网膜中的部分细胞表达光敏蛋白，再利用特制护目镜捕捉外界图像并投射相应光信号。经过训练后，患者在佩戴护目镜时能够感知、定位和触碰部分物体。
这意味着这条此前主要在动物中验证的路线，也可能在人体中产生功能上的变化。
2021年，一名晚期视网膜色素变性患者在接受光遗传学治疗。（图源：Nature）
类似的尝试，也开始出现在其他感官系统中。
在听觉领域，研究人员已经在动物中探索利用光遗传学刺激听觉神经，包括多通道光学人工耳蜗等方案。新的光敏蛋白、靶细胞、递送方式和光学系统，也仍在不断被测试和改进。
实验越往现实应用靠近，研究者面对的问题也越具体——不仅要证明技术“能做到”，还要解决稳定性、安全性、工程实现和真实使用场景等问题。
到了这个阶段，很多问题已经很难只在单一实验室里完成。科研团队掌握研究能力，企业更接近真实研发需求和应用场景，临床和其他应用端又会提出新的验证要求，技术继续往前走，往往需要这些不同能力真正接上。
AIIA所承担的，正是这样的桥梁角色：一端是海外院士、教授和科研团队所拥有的研究能力，另一端是企业在研发和实际应用中遇到的具体问题。通过匹配双方的研究方向与技术需求，推动联合研发、技术验证以及后续应用合作，让科研成果能够在具体需求中继续被验证和推进。
对前沿技术来说，从科研成果走向实际应用，往往不是一次简单的转化，而需要科研、工程和应用各方围绕具体问题持续推进。
从最初研究微生物如何感知光，到后来能够用光控制神经元，再到今天进入疾病研究、人体探索和更多应用方向，光遗传学已经走了二十多年。
2026年的诺奖，让这段发展历程再次受到关注。但走到今天，光遗传学的意义已经不只在于此次诺奖所表彰的那些关键发现，也在于这些发现后来怎样被不断改造、验证，并被带到新的研究问题和应用场景中。
国际人工智能产业联盟 /Profile
国际人工智能产业联盟（International Artificial Intelligence Industry Alliance）于2023年在香港注册成立。国际人工智能产业联盟（AIIA）是由全球人工智能及其应用领域的1100+位院士/会士、520+家企业、100+家国际院校/科研机构、100+家投融资机构自愿组成的非营利性、非政府性组织。
截至2026年，国际人工智能产业联盟已成立了多个区域分中心，其中包括：2024年10月15日成立的首个国家级分中心——挪威分中心，以及在中国设立的粤港澳大湾区中心、长三角中心、中国西部中心（重庆）、深圳中心、中山中心等多个城市或区域中心，标志着联盟在全球人工智能产业中的影响力不断提升。
未来，国际人工智能产业联盟将继续推动人工智能技术的创新和产业应用的深度融合，重点聚焦AI赋能企业创新转型、海外高新科技的引进以及国内科技企业的国际化发展。联盟将通过深化国际合作、促进跨国技术交流与人才流动，加速人工智能技术的全球普及应用。同时，联盟也将继续为会员企业提供全方位的支持，推动人工智能产业的持续发展和高质量升级。
秘书处丨蒋秘
联盟主页丨www.aiia-ai.org