（来源：红星新闻）
一束光，让“看见”大脑成为可能
▲陈科
光+遗传，从名字上拆解，感觉像是研究“光怎么遗传”的学科。实际上，这是用遗传学的手段，把对光敏感的能力“遗传”给原本不感光的细胞。
“遗传的是一段基因，具体说，是编码光敏蛋白的基因。”陈科说。
这段基因来自毫不起眼的单细胞绿藻——衣藻。它有一个“眼点”，会朝着光源游动。衣藻的这种趋光性，来自于体内的光敏蛋白，该蛋白既能感受光线，本身又是离子通道——光照一照，通道打开，带电离子涌入细胞，瞬间产生电信号。
“科学家把衣藻的这个光敏蛋白基因，通过病毒导入神经元。”陈科打了个比方，“就像有些疾病人传人一样，病毒把这段基因‘传染’给神经元，大概两周后，神经元就装上了光控开关。”
▲图据诺贝尔生理学或医学委员会
装上开关后，蓝光照射，神经元被激活；而另一波长光照射，神经元被抑制。这项里程碑的成果2005年刊发时，震动整个神经科学界。2006年，这套全新实验方法被正式命名为光遗传学。
“看见”大脑，更要“操控”大脑
光遗传学迅速成为全球实验室广泛使用的神经科学研究工具，它不仅能“看见”大脑活动，更在于它能验证因果关系。
陈科举了一个生动的例子：“假设10个人做一个项目，我想知道其中某个人重不重要，就让他休息一个月。如果团队照样运转，说明他不重要；如果团队乱套了，说明他关键。”
光遗传学做的就是这件事。大脑里有成千上万种神经元，过去只能观察到“哪些脑区和行为有关联”，但无法证明“是不是这群细胞直接导致了这种行为”。现在，科学家可以用光精确地“让某个神经元休息”，然后再看行为发生什么变化。
“这就是从‘看见’到‘操控’的跨越。”陈科说。
医学前景：盲人不用眼睛也能“看见”
陈科的主要研究方向之一是视觉形成的脑机制。他解释，眼睛只是传感器，真正让人“看见”的是大脑视觉皮层的电活动。即使眼睛失明，若能用光遗传学调动对应的神经元，模拟视觉皮层的正常活动，人依然可能“看见”。
▲陈科实验室里的小鼠
虽然在人身上这还是预想，但在老鼠身上已能初步实现。在陈科的实验室，通过光遗传学精确调控视觉皮层神经活动，可以让失明小鼠的视觉功能很大程度地恢复。
此外，在阿尔茨海默症研究方面，光遗传学也展现出潜力。陈科解释，正常大脑的兴奋与抑制是动态平衡的，但阿尔茨海默症患者的大脑退化进程中，有些脑区会出现过度兴奋，有些又过度抑制。
“通过光遗传学干预，可让它们重新达到相对平衡的状态。”陈科说。此外通过光遗传学刺激，还能让大脑产生特定的神经节律振荡，可以帮助大脑代谢β-淀粉样蛋白等“毒素”，从而延缓疾病进程。目前在小鼠身上，陈科的团队已观察到干预后疾病进程有明显改善。
离临床还有多远？应用于人类还有障碍
▲陈科团队正在进行病毒注射实验
陈科强调，诺奖表彰的是基础科研发现，不是现成疗法。光遗传学目前主要是基础研究工具，直接用于人体疾病治疗还有重重关卡。“首先得给神经元装光敏蛋白，这涉及基因导入的安全性问题。人不可能像小鼠那样开颅注射病毒，伦理上也非常困难。”陈科说。
不过，他并不认为这是“遥遥无期”。其实，在特定场景中，光遗传学已应用于人类。公开报道显示，北京脑科学与类脑研究所所长罗敏敏团队正利用光遗传学为盲人复明，相关项目已在中美进入注册临床试验，部分完全失明多年的患者重新获得部分视觉。
红星新闻记者查阅资料发现，光遗传学已在成都铺开。2020年，成都中医药大学学者发表论文，将光遗传学与针灸、脑疾病相结合；2023年，四川大学华西医院脑科学研究中心张遐教授课题组将光遗传学列为“主要研究手段”之一。
“只要是做神经科学，基本都有光遗传学平台和设备。”陈科说，“业内很早以前就知道这项技术肯定会拿诺贝尔奖，只是一个时间问题。”
红星新闻记者 王垚 彭小雅 摄影报道
编辑 欧鹏
