2026諾貝爾獎揭開序幕，醫學獎今打頭陣！「光遺傳學」先驅獲獎，解開大腦記憶與情緒機制之謎

這個星期又迎來緊湊的諾貝爾週，今（5）日由諾貝爾生理學或醫學獎揭開序幕，依慣例由瑞典斯德哥爾摩的卡羅林斯卡學院（Karolinska Institutet）公布：彼得．赫格曼（Peter Hegemann）、格奧爾格．納格爾（Georg Nagel）與卡爾．代塞羅斯（Karl Deisseroth）「因在光門控離子通道與光遺傳學方面的發現」獲得殊榮。根據諾獎委員會發布的新聞稿，三人的發現催生了「光遺傳學」（optogenetics），讓科學家得以呈現神經細胞如何在活體大腦中形塑記憶、情緒與行為，為神經科學開啟新紀元。

大腦如何調控情緒、行為與各項生理機能，一直都是科學界的未解之謎。諾獎委員會的新聞稿指出，20世紀的科學家雖已著手探究大腦哪些區域掌管哪些功能，但受限於研究方法，無法證明其中的因果關係，對大腦的認知猶如一張布滿問號的草圖。諾貝爾生理學或醫學委員會主席佩爾．史文寧森（Per Svenningsson）表示：「光遺傳學讓我們有機會以過去只能夢想的方式繪製大腦圖譜。」

用光操控神經細胞，曾被視為遙不可及的夢想。但1962年諾貝爾獎得主、DNA雙螺旋結構發現者之一的克里克（Francis Crick），後來投入意識研究時便曾設想：神經訊號傳遞極快，若要跟上這個速度，最理想的工具或許是光。克里克也坦言，這個點子聽來異想天開，但未必不可能實現。

1990年代初期，任職於德國馬克斯普朗克生物化學研究所的赫格曼對一個現象感到好奇：單細胞綠藻「衣藻」（Chlamydomonas）為何能對光如此迅速地反應？衣藻以細胞表面一個橘色的「眼點」感光，赫格曼以微電極測量發現，光線照到眼點後僅半毫秒就產生電訊號；相較之下，人眼從感光到產生電訊號至少需要10毫秒，衣藻竟快了20倍以上。他因此提出假說：衣藻體內有一種蛋白質，能同時捕捉光線充當離子通道。但當時已知的離子通道，沒有任何一種單靠「光」就可啟動，這項假說也一度遭到質疑。

千禧年前後，日本的研究人員公開衣藻的基因序列，赫格曼團隊從中找到兩個與已知感光蛋白相似的基因，並交給馬克斯普朗克生物物理研究所的納格爾。納格爾將基因注入青蛙卵細胞，證實它們製造出的蛋白質正是照光就會開啟的離子通道，赫格曼十年前的假說終獲證實。

這兩種蛋白質被命名為「光敏感通道蛋白」1號與2號（通道視紫質，channelrhodopsin-1、-2），其中2號在照光後0.2毫秒內就能開啟，讓帶正電的離子流入並產生電訊號；兩人將它的基因植入人類胚胎腎細胞與倉鼠腎細胞，這些細胞也都變得對光敏感。無論將這種蛋白質放入哪一種細胞，該細胞都會變得對光敏感。兩人於2003年發表成果，並提出這種蛋白質可作為以光在細胞中產生電訊號的強大工具。
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史丹佛大學的代塞羅斯在醫學院求學期間曾到精神科受訓，病人的痛苦讓他開始思索：為何憂鬱症患者難以感受快樂？是什麼導致自閉症或思覺失調症的妄想？他意識到，要理解這些疾病，必須研究活體大腦中的神經細胞如何運作。

得知光敏感通道蛋白2號的發現後，代塞羅斯寫信向納格爾索取基因，並將它植入培養皿中的大鼠神經細胞。照射藍光後，神經細胞立即產生神經訊號，並能傳遞給其他神經細胞。研究團隊於2005年發表這項成果。2006年，這項新方法被命名為「光遺傳學」。隔年，代塞羅斯團隊將基因送入活體小鼠大腦運動皮質的特定神經細胞，再以穿過頭骨小孔的細光纖照光，成功操控小鼠鬍鬚的擺動。

諾獎委員會也列舉了光遺傳學早期的代表性研究：代塞羅斯與合作者2007年以光喚醒熟睡的小鼠，證實一類新發現的神經細胞掌管清醒；2012年，他與1987年諾貝爾獎得主利根川進合作，重新活化小鼠形成恐懼記憶的神經細胞，即使身處安全環境，小鼠仍表現出恐懼，這是科學家首度證明哪些神經細胞是特定記憶所必需。此後，研究人員陸續找出掌管痛覺、社交行為、口渴、進食、獎賞與注意力的神經迴路，也加深了對憂鬱症、焦慮症、思覺失調症、阿茲海默症與帕金森氏症等疾病特徵的理解。

光遺傳學如今不僅廣泛用於解析記憶提取、成癮行為、恐懼制約及睡眠覺醒等神經迴路，更已跨出動物模型，邁向人體臨床應用。

諾獎委員會的新聞稿指出，在臨床醫學上，研究人員正嘗試運用這項方法讓視障者恢復視力。在進行中的臨床試驗裡，研究人員嘗試讓因「視網膜色素病變」（Retinitis Pigmentosa, RP）而失明的患者恢復視力，這種疾病會破壞眼睛的視桿細胞與視錐細胞。研究人員在一名盲人的視網膜中植入類似光敏感通道蛋白的蛋白質後，對方恢復了部分視力，配戴會發光的特製眼鏡後，能辨識並拿取桌上的物品。科學家也期待，未來能以光遺傳學改良人工電子耳，用光取代電流，更精準地刺激聽覺神經。 （相關報導： 專訪》31位諾獎得主接力訪台！世界和平基金會主席看見台灣軟實力：全球高端科學對話平台 ｜ 更多文章 ）

獎金方面，今年各獎項的獎金為1200萬瑞典克朗（約合127萬美元），較去年增加約9%。若同一獎項有多位得主，將依規定分配獎金，今年生醫獎由三人均分。生醫獎週一（5日）揭曉後，週二（6日）將公布物理學獎，週三（7日）為化學獎，週四（8日）為文學獎，備受矚目的和平獎週五（9日）公布，壓軸的經濟學獎（瑞典中央銀行紀念諾貝爾經濟學獎）則將於下週一（12日）出爐。