3位诺奖得主经历了完全不同的人生，但他们最终在同一个终点汇合：让光成为理解生命、探索治疗的一件工具。

撰文 | 凌骏、汪航

大学毕业后，Georg Nagel没有选择攻读博士。他先去了瑞士教书，又和朋友在德国康斯坦茨市中心合开了一家名叫Café Chaos的咖啡馆——直译过来，叫作“混沌咖啡馆”。

这段经历，后来被他写进了自传。今天，这位曾经的咖啡馆老板，又多了一个新的身份：诺贝尔奖得主。

10月5日，2026年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，授予美国科学家Karl Deisseroth，德国科学家Peter Hegemann和Georg Nagel，以表彰他们“有关光门控离子通道和光遗传学的发现”。

这是一项让科学家用光研究神经细胞的技术，它背后的贡献者，呈现出了几段颇不相同的人生经历：一位曾停下升学脚步，去开咖啡馆；一位从小想写作，后来却当了精神科医生；还有一位，用多年时间追问着一个看似微小的问题——衣藻为什么会朝着光游？

先开咖啡馆，再回实验室

1953年，Nagel出生于德国南部，是家中五个孩子中的长子。5岁时，Nagel患上了严重的骨骼炎症，接受了多次手术。兄弟姐妹外出滑雪时，Nagel就在家中摆弄科学实验套装，由此培养起了对科学的兴趣。

Georg Nagel，图片来源：邵逸夫奖官网

高中毕业后，Nagel进入康斯坦茨大学，取得了生物学学位。但毕业后，他认为自己还没有做好攻读博士的准备，转而去了瑞士的一所私立中学任教，并与人在德国康斯坦茨市中心合开了一家名为“Café Chaos”（混沌咖啡馆）的咖啡馆。

后来，Nagel又接受了一次手术，自幼困扰他的骨骼炎症最终得到控制。此后，他大学时期的老师Ernst Bamberg将前往法兰克福组建新的研究组，邀请他一同前往。

Nagel接受了邀请，来到德国法兰克福的马普生物物理研究所，学习怎样记录细胞膜上的微弱电流，研究离子如何穿过细胞膜。也是在这里，他第一次见到了常来做实验的博士生Hegemann。1988年，Nagel获得法兰克福大学博士学位。

此后，Nagel先后在美国耶鲁大学和洛克菲勒大学从事博士后研究，1992年回到马普生物物理研究所，担任课题组长。

多年积累的电生理学经验，后来派上了用场。为了回答Hegemann提出的问题——绿藻中的某种蛋白质，是否本身就能被光打开，形成让离子通过的通道——Nagel把相应基因导入非洲爪蟾的卵母细胞，在光照下测量电流，把猜想变成了可检验的实验。

此后两人的合作，先后确认了通道视紫红质-1和通道视紫红质-2，其中通道视紫红质-2后来成为光遗传学的重要工具。

想当作家的精神科医生

1971年，Karl Deisseroth出生在美国波士顿。他的父亲是医生、教授，母亲则是高中化学教师。受到知识分子家庭氛围的熏陶，Deisseroth从小喜欢阅读，诗歌、散文和科学读物他都喜欢，并希望自己能成为一名作家。

Karl Deisseroth，图片来源：Stanford Medicine

1988年，Deisseroth考入哈佛大学，1992年，Deisseroth以最优等成绩从哈佛大学毕业，取得生化科学学士学位。随后，他进入斯坦福大学的医学与哲学双学位项目，先后获得神经科学博士学位和医学博士学位。

学医期间，Deisseroth原本计划成为一名神经外科医生，但在精神科轮转时接诊的一位患者，改变了他的选择。Deisseroth意识到，精神疾病中还有许多难解之谜，患者又迫切需要帮助。在这里，他可以试图理解大脑为什么失常，理解一个人为什么会快乐，为什么会悲伤。

此后，他在斯坦福完成了精神科住院医师培训，并于2004年建立了自己的实验室。2005年，他与Edward S. Boyden、Feng Zhang等合作者发表研究，用蓝光在毫秒尺度上触发神经细胞放电。

写作的愿望也没有消失。2021年，Deisseroth出版了Projections: A Story of Human Emotions一书，把经过文学处理的人物故事、科学知识和个人经验交织在一起，探讨人的情感与行为，让精神科医生的临床观察，有了一种更具医学人文色彩的表达方式。

在斯坦福医学院的访谈中，Deisseroth谈到，这本书的定稿用了大约5年，从2015年写到2020年，他总是等孩子睡着之后，再写到深夜。据斯坦福的另一篇报道，他平日还要为孩子们准备午餐，送他们上学。

对这位科研型的临床医生来说，临床工作让他直面患者在情感与行为上的困境，实验室里的工具让他能够追问这些现象背后的细胞活动，文学则让他尝试把人的内心讲给更多人听。

执着于衣藻为什么会朝着光游

1954年12月，Peter Hegemann出生在德国明斯特。Hegemann的父母、祖父和外祖父都是医生，但他却唯独对化学情有独钟。

1975年至1980年，Hegemann先后在明斯特大学和慕尼黑大学学习化学，随后进入马普生物化学研究所，在Dieter Oesterhelt指导下研究光敏蛋白，1984年获得博士学位。

Peter Hegemann，图片来源：Chemical & Engineering News

当时，Hegemann研究的是一种受光驱动、能够转运氯离子的蛋白质。这段训练给他留下了一个贯穿此后数十年的问题：生命怎样把光，转变成细胞能够利用的信号？1985年至1986年，他赴美国雪城大学开展博士后研究，此后回到马普生物化学研究所带领研究小组。

真正让他长久追问的对象，是衣藻。这种生物只有一个细胞，却能依据光照调整游动方向，找到适合光合作用的位置。它用什么感知光？光又怎样改变它的运动？

Hegemann记录到，衣藻的感光反应极快。他怀疑“感知光”和“打开离子通道”之间的联系，比人们原先设想的更直接。但找到这种蛋白质并不容易，经过漫长的实验之后，他与Nagel合作，把候选基因放到其他细胞中验证，终于确认了通道视紫红质的作用。

1993年，Hegemann成为雷根斯堡大学生物化学教授，2005年转赴柏林洪堡大学，任实验生物物理学教授。从化学、生物化学、植物生理学到神经科学应用，他的研究沿着光敏蛋白这个问题不断延伸。

后来，更多科学家开始借助同类蛋白质，研究了复杂的大脑活动。Hegemann在2023年接受美国化学学会旗下Chemical & Engineering News采访时，仍强调基础研究的价值：先理解光敏蛋白的性质，其他科学家才能据此开发新的工具。

诺奖的诞生

三个人的研究，最终在一个共同的问题上汇合：能不能用光，精确改变指定神经细胞的活动？

大脑中的神经细胞靠电信号传递信息。细胞膜上的离子通道，像让带电粒子进出的门；这些“门”什么时候打开，会影响细胞是否发出信号。Hegemann和Nagel发现，衣藻中有一种门，可以直接由光打开。

要把这项发现用于脑科学，还需要另一步：把制造这种光敏蛋白的基因引入神经细胞，让细胞膜上也出现相应的通道。这样，科学家就可以用适当波长的光改变细胞活动。基因决定哪些细胞安装工具，光则决定什么时候启动它，这就是光遗传学的基本思路。

2005年，Deisseroth和同事在培养的神经细胞中证明了这种方法的可行性。到2007年，研究者将光通过细光纤送入活体小鼠的大脑，刺激运动皮层中的特定神经细胞，能够引起胡须运动。看不见的神经信号，变成了可以观察的行为变化。

它最重要的价值，是让科学家进一步追问因果关系。看到动物做某件事时，一群细胞同时活跃，仍不足以知道它们到底起了什么作用。现在，研究者可以选择一类细胞，在特定时刻改变它们的活动，再看记忆、运动或情绪相关行为是否随之变化。

记忆研究中的一个实验很能说明这一点。2012年，Susumu Tonegawa团队与Deisseroth合作，在小鼠经历恐惧学习时，标记了海马中活跃的一群神经细胞，并让它们表达光敏蛋白。后来，小鼠被放到另一个环境中，研究者用光重新激活这群细胞，观察到小鼠出现与恐惧记忆相关的僵住反应。

这个结果表明，重新激活特定细胞群，足以唤起相应的记忆相关行为。“记忆在哪里”这个抽象问题，开始能够通过具体的细胞和实验来研究。类似方法也被用于探索疼痛、奖赏、进食和社会行为背后的神经回路。

对医学来说，这些研究让疾病机制有机会被拆解得更细：哪些细胞参与某种症状，哪些连接可能成为干预目标，怎样在影响目标回路的同时减少对其他功能的干扰。它首先改变了理解神经系统的方式，也为寻找治疗方向提供了实验依据。

在视觉领域，光遗传学已经走进人体研究。2021年，《自然·医学》报道了一名因视网膜色素变性失明的患者，在接受光遗传学治疗并配合专用眼镜后，恢复了部分视觉功能。

这类疾病会损伤视网膜原本负责感光的细胞。研究团队将另一种光敏蛋白的基因送入患者仍存活的视网膜神经节细胞，使它们能够响应光。专用眼镜把外界图像转化成适当的光刺激，再投射到视网膜上，让这些细胞把信号送向大脑。

经过训练，患者在佩戴眼镜时能够感知、定位、计数并触碰部分物体。这仍是部分视觉恢复，却展示了一条新的路径：当原有的感光细胞受损时，能否让其他存活细胞承担一部分感光任务？

这条路径仍在推进。2025年，一项纳入6名斯塔加特病（Stargardt病）患者的开放标签Ⅱ期研究，报告了治疗后部分视觉指标的改善；该研究使用的光敏蛋白可在环境光下工作，无需配合专用眼镜。但值得一提的是，距离更广泛的临床应用，还需要更大规模的对照研究，以确认疗效能持续多久、哪些患者能够受益，以及长期安全性。

从衣藻到人类，光遗传学经历了发现光敏蛋白、测量通道电流、控制神经细胞，再到探索临床应用的接力。它的价值既在于帮助人类理解大脑，也在于让恢复某些丧失的功能成为可以认真检验的医学设想。

来源：医学界

校对：蔡 菜

运营：赵 静

责编：汪 航

值班：凌 骏

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