美国西海岸凌晨，自称夜猫子的 Karl Deisseroth 还在改论文、给学生回邮件，刚躺下准备休息，诺奖委员会的电话就打了进来。

" 我还没睡着，现在我觉得我可能很长时间都睡不着了。" 屋里的孩子们都还在睡，接下来 Deisseroth 要准备午餐并送他们去学校，" 未来几个小时里，我唯一的责任就是确保给他们做好三明治。"

2026 年 10 月 5 日，Deisseroth 与德国科学家 Peter Hegemann、Georg Nagel 共同获得诺贝尔生理学或医学奖，表彰他们在光门控离子通道与光遗传学领域的突破性发现。接受诺奖官网的获奖首访时，Deisseroth 说，许多关于大脑的谜团，" 现在终于像是站在即将被阐明的边缘 "。

光遗传学现已成为神经科学的标准工具之一。全球研究者用它研究学习、记忆、感知、动机、情绪和食欲，也用它定位导致帕金森病、癫痫、精神分裂症、自闭症、焦虑、抑郁、成瘾等疾病和攻击性等行为的的神经回路故障。Deisseroth 的导师 Robert Malenka 表示：" 世界上没有哪个神经科学实验室不用它。"。

它可以通俗理解成一只 " 光控开关 "：先通过基因修改技术给指定神经元装上感光蛋白，再利用特定波长、毫秒尺度的光脉冲激活或抑制它们。

过去大多数脑部研究依赖电极或药物，但电刺激常会连带影响周围不同细胞，药物经代谢扩散，很难瞬间打开、关闭，光遗传学则第一次把 " 控制哪类细胞 " 和 " 什么时候控制 " 同时做到足够精确，使神经科学得以从被动记录脑活动转向主动控制脑活动，进而揭示神经元与认知、情绪和行为背后的因果关系。

Deisseroth 不仅是一名神经科学家，现在他仍是斯坦福的执业精神科医生，兼做门诊和住院工作，主要诊治抑郁症和自闭症谱系障碍患者。

病人不断让他重新看见 " 真正重要的是什么 "，他们必须用自己的语言，努力描述那些已经发生变化、极具破坏性，却又异常难以言说的内部状态，这些体验不仅难以表达，也 " 非常、非常难研究 "。

一个人为什么会失去快乐？为什么会被恐惧、幻觉或另一种现实感包围？一个由细胞和电信号构成的大脑里，如何产生如此完整的主观世界？精准操纵神经元的技术，缘起于这些困惑，而工具最终来自一种会向光游动的单细胞绿藻。

" 在接受科学训练以前，我就已经对大脑感兴趣了。"

Deisseroth 回忆，小时候的自己有内省的特质，经常琢磨脑袋里正在发生什么。再长大一些，他迷上写作和文学，好奇几个词、一句话为什么能够让人突然快乐、悲伤或振奋，语言、大脑和感受之间究竟有哪些关联。

1971 年，Deisseroth 出生于波士顿，父亲致力于血液肿瘤研究，母亲学化学，两个姐妹分别是骨科医生和临床心理学家。一家人都把阅读视为人生最重要的追求，Deisseroth 会在上学路上一边骑车一边把书在车把上摊开看，因此撞过路边停着的汽车。他喜欢故事和诗歌，也读历史和生物，但最喜欢的还是 " 充满想象力的作品 "。

进入哈佛后，他选的第一门课就是创意写作，还跑去附近的社区学院，每周两个晚上上小说写作课。与此同时，生命科学作为另一套理解世界的方法向他打开，许多看似庞杂得无从下手的问题，可以一路向下追到细胞、分子，再从微观层面的规律重新理解整个生命体。

从研究生院直到临床医学培训阶段，Deisseroth 为自己设定的职业目标都是神经外科，因为如果想最直接地研究并帮助治疗人脑疾病，神经外科医生拥有直接接触大脑的 " 特权 "。

相比之下，他对精神科几乎毫无兴趣，在那里诊断高度依赖主观描述，疾病边界模糊，很多问题没有可直接测量的指标。

但一次必须完成的四周精神科轮转改变了他。Deisseroth 坐在护士站，一个四十多岁的男人突然冲过一扇本该锁着的门站到他面前，两人四目相对，男人朝他大吼，他 " 五脏六腑紧张得蜷缩成一团 "。

患者并不像他想象中的 " 精神病人 " 那样意识混沌，他所承受的伤害 " 明亮地映在他的眼帘里 "，恐惧也是真实的。他用自成一格的文法、词汇，充满美感地试图说出 " 比皮肤、头骨甚至石头更深奥的东西 "。

多年后，Deisseroth 在《照亮破碎之心》中写到自己 " 如同醍醐灌顶 "：" 因为他，科学和艺术在我内心同时激荡着，而且它们并非两个并行独立的个体，而是融合为一的东西。"

在 Deisseroth 看来，人的精神世界如同一块不断被编织的织物。生物学构成深层经线，人生经历不断穿梭其间，形成每个人独特的纹理。精神疾病使织物破损时，一些平常被完整生活覆盖的结构反而会暴露出来。患者不是一种与 " 正常人 " 截然分开的存在，他们有时只是把所有人共有的悲伤、恐惧、奖赏、欲望和自我感，以更剧烈的形式呈现出来。

他给患者用了强效抗精神病药和心境稳定剂，对方仍然无法离开封闭病房。" 是未知抓住了我。"Deisseroth 后来对《纽约客》说，" 我知道，我们离哪怕一丝真正的理解都还很远。" 经历这次相遇之后，他发现自己已经 " 只能头也不回地继续前行 "。

精神科住院医期间，Deisseroth 白天看病人，晚上和周末则在 Robert Malenka 的实验室做研究，学习怎样利用病毒把基因送入哺乳动物细胞。

心脏科医生能够指着损伤的心肌告诉患者哪里出了问题，面对重度抑郁症，医生却很难说清楚 " 它实际上是什么 "。人们可以尝试不同药物，也可以刺激大脑某些位置并看到行为变化，却仍缺少细胞和神经回路尺度的理解。

" 这个问题框定了后来的一切。"Deisseroth 说。怎样制造一种工具，在不破坏脑组织的情况下，既看见里面发生了什么，又能够控制它？

2000 年前后，还是博士生的 Edward Boyden 就经常和 Deisseroth 在斯坦福实验室里讨论：有没有办法只控制大脑中的某一类神经元？他们考虑过磁性颗粒、电磁场以及其他方案，如果能够主动改变一群经过定义的神经细胞，就可以直接检验一条神经回路对感觉、行动乃至疾病症状究竟有没有因果作用。

Deisseroth 的妻子、神经科学家 Michelle Monje 记得丈夫很早就在反复谈论控制特定脑细胞的想法。为了寻找可能的分子工具，Deisseroth 开始读大量微生物和藻类的论文，甚至专程去参加了一场藻类学会议。

19 世纪，科学家就已经描述单细胞藻类的趋光行为。1971 年，Dieter Oesterhelt 和 Walther Stoeckenius 在嗜盐微生物中发现细菌视紫红质，一个蛋白吸收光后，就能推动带电离子穿过细胞膜。1978 年，苏联研究者第一次在趋光绿藻中直接记录到光诱发的电位变化。

那么，感光分子会不会本身就是通道、是否存在适合控制神经元的光控通道？目光要转向远在德国的另外两位诺奖得主 Peter Hegemann 与 Georg Nagel。

Peter Hegemann 最初想当探险家。他 1954 年出生于德国明斯特，在亚琛长大，家族里有很多医生，自己却更喜欢化学、物理、生物、艺术和音乐。他吹长笛、骑摩托车，着迷于达 · 伽马、麦哲伦、库克，以及极地探险家南森和阿蒙森。

高中毕业时，他发现世界地图上已经没有太多等待年轻人发现的新大陆。他一度考虑天文学，又觉得自己的数学不够好，最终他选择去研究尚未被理解的自然现象，进入了微生物的世界。

Hegemann 在 Dieter Oesterhelt 的实验室读博，毕业后决定研究单细胞绿藻莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）。这种只有十几微米长的绿藻拥有两根鞭毛和一个眼点，会根据光线迅速改变游动方向。

Hegemann 好奇它反应的速度。光到达以后细胞几乎立即出现电信号，而通常像动物眼睛感光要经历一串分子反应。绿藻为什么能这么快？他逐渐形成一个在当时颇大胆的猜想：负责接收光的分子，会不会本身就是一扇让离子穿过细胞膜的门？

1995 年，Hegemann 公布过一个候选基因，但后来证明它并不能编码这种光控通道。2000 年，日本上总 DNA 研究所把数千条新测出的莱茵衣藻基因序列公开，Hegemann 团队又找到两段与已知微生物感光蛋白相似的 DNA 序列。这一次，他联系了 Georg Nagel。

两个人并不是陌生人。Nagel 在自传中回忆，他还在法兰克福 Ernst Bamberg 实验室读博士时，就第一次遇见了经常到这里做实验的 Hegemann，不同的技术积累让他们重逢。

1953 年，Nagel 出生在德国南部，是五个孩子中的老大。5 岁时，他患过严重疾病，弟弟妹妹去奥地利滑雪，他只能待在家里。父母给他买来科学实验套装，他组装蒸汽机和收音机，许多暑假在手术中度过。后来他进入康斯坦茨大学学习生物学，迷上了细胞膜上的离子通道。

他的研究道路并不笔直。Nagel 曾一度觉得自己还没准备好读博，就跑去瑞士一所私立中学教书，还和朋友在康斯坦茨市中心开了一家名叫 "Café Chaos"（混沌）的咖啡馆，闲暇时还学起悬挂式滑翔。Bamberg 邀请他回到实验室，他才重新进入科研，把陌生的膜蛋白放进容易控制的细胞，再用电生理方法观察它到底怎样搬运离子。

Nagel 尤其熟悉非洲爪蟾卵母细胞。这种细胞个头大，研究者可以向其中注入外来遗传物质，让它在细胞膜上制造指定蛋白，再用电极测量电流。Hegemann 把两个新的候选基因交给他，即使第一个蛋白在蛙卵细胞中的表达量极低，Nagel 仍然测到了光诱导的质子电流，证明这个蛋白本身就是一种由光直接打开的离子通道，他们将它命名为通道视紫红质 1（channelrhodopsin-1，ChR1）。

2003 年，更关键的 ChR2 出现了。

与 ChR1 主要传导质子不同，ChR2 在蓝光下会像一扇迅速打开的门，让钠等多种带正电的离子穿过细胞膜，强烈改变膜电位。Nagel、Hegemann 和同事不仅让它在蛙卵细胞中工作，还首次证明它可以在哺乳动物的人胚肾细胞中正常表达并产生光响应。论文最后提出，这种蛋白有望成为操纵哺乳动物细胞膜电位的工具。

Boyden 读到 ChR2 论文，意识到他们寻找的工具也许已经出现。2004 年 2 月，Boyden 给 Deisseroth 发邮件，建议直接联系 Nagel。3 月，Deisseroth 询问能否 " 以合作的方式 " 获得 ChR2 克隆，Nagel 答应了。

2004 年 7 月，Deisseroth 把这种绿藻基因导入培养的神经元。ChR2 不仅能被脆弱的哺乳动物神经细胞正常制造，还能够被运送到细胞膜，并在光照时改变细胞活动。8 月 4 日凌晨 1 点，Boyden 在显微镜下找到一枚因为 ChR2 而发着荧光的神经元，接上电极，再运行自己写好的程序，让蓝光以短促脉冲闪过，神经元开始按照蓝光的节奏产生精准的动作电位，人类真正拥有了一只能够用光控制神经元的开关。

2005 年，Boyden、Feng Zhang、Ernst Bamberg、Georg Nagel 和 Karl Deisseroth 共同在《Nature Neuroscience》发表成果，证明 ChR2 能够以毫秒级精度控制哺乳动物神经元放电。随后多个实验室独立把 ChR2 用于脑片、视网膜、线虫等系统，2006 年，这套方法被正式命名为 " 光遗传学 "。

一年后，光遗传学从体外验证迈入活体脑内神经回路解析。Deisseroth 团队把 ChR2 送进活体小鼠运动皮层，再把一根细光纤插入大脑。蓝光亮起，小鼠的胡须随之运动。同年，他与合作者把 ChR2 装进一群与觉醒有关的神经元，光刺激后，熟睡的小鼠更容易醒来。

光遗传学改变了神经科学的研究范式，把长期只能停留在相关性上的问题推进到因果层面，通过实验不断把原本抽象的心理概念化作可以检验的问题。2012 年，研究人员标记小鼠形成恐惧记忆时活跃的一群海马神经元，后来只用光重新激活这些细胞，小鼠即使身处安全环境，也会重新表现出恐惧。

随着研究深入，大脑并没有像《头脑特工队》的想象那样，变成一块布满情绪按钮的控制面板。

同一个脑区里紧挨在一起的细胞可以承担完全不同、甚至相反的任务，一种看起来完整的行为，也可能被拆成多个彼此独立的神经回路。今天，研究人员已经用它研究疼痛、社交、口渴、进食、奖赏、注意、昼夜节律等过程，也发现小鼠照料幼崽时，" 把幼崽叼回窝 " 和 " 舔舐幼崽 " 就可能由不同回路分别控制。

它也开始触及人体治疗。视网膜色素变性患者的感光细胞逐渐死亡，但部分下游视网膜细胞仍然存活。研究者尝试给这些细胞重新装上感光蛋白，一名失明患者配合特制光学眼镜后，已经恢复部分识别、抓取物体的能力。

但在《照亮破碎之心》里，Deisseroth 真正在意的不只是技术的应用。他把前方的问题概括成 " 三条深藏在森林中的黑暗道路 "：科学究竟怎样前进，人类怎样理解和对抗暴力，以及我们怎样理解自身的意识。

光遗传学是一项以 " 精准控制 " 著称的技术，自己的诞生却完全无法被精确规划。今天人们用它研究情绪和精神障碍，为它提供关键分子的，却是一个多世纪以来对细菌、古菌和单细胞藻类的基础研究。那些研究启动时，没有人可能预见它们最终会进入精神病学。

Deisseroth 因此警惕一种看似高效的科研逻辑：要求研究必须迅速转化、必须围绕已经知道重要的问题组织，甚至把公共资源过度集中到少数预先设计好治疗目标的大型项目，反而可能错过那些当下看起来最无用、后来却真正改变科学进程的发现。

另外，光遗传学让过去带有强烈道德意味的行为，暴露出可被操纵的生物学部分。它可以只激活特定神经元，让一只原本平静的小鼠突然猛烈攻击另一只并不构成威胁的同类，光一停止，攻击也随之停止。那么当一种在人类社会中被赋予强烈道德和法律意义的行为，也能够找到清楚的神经回路成分时，责任应该怎样理解？

2019 年前后，光遗传学已经进一步进入单细胞尺度。新的全息光学和显微技术不再只是用一根光纤照亮一片经过遗传学选择的细胞，而可以从数以百万计的神经元中，挑出几十个甚至单个细胞，根据它们的位置、类型，以及动物真实体验时的自然活动模式进行控制。那么，感觉本身究竟是什么？

Deisseroth 进行了一个思想实验。假设有一天，研究者可以精确记录一只动物经历愉悦或奖赏时每一个相关神经元的活动，再用单细胞光遗传学把完全相同的活动模式重新写回大脑。那么在没有奖励真正发生的情况下，这只动物会不会感受到同样的快乐？

如果答案是 " 不会 "，那么即使所有细胞活动和生理过程都被完美复制，主观感受似乎仍然多出了某种现有科学无法解释的东西。

如果答案是 " 会 "，既然每个神经元的活动都可以由外部精确控制，那么这些细胞理论上甚至不必都挤在一颗头颅里。把它们分散到世界各地，只要仍按同样顺序活动，那一个已经不存在于任何完整肉身中的 " 动物 "，难道仍会感觉快乐？

神经元网络 / 图源：图虫 · 创意

感知、感觉和主观状态定义了一个人如何经历世界，也构成了人类共同的身份。光遗传学还不能回答所有深奥的哲学问题，但已经提供了一个清晰的框架。

Deisseroth 时常想象自己能重新找到那个用奇异语言向他诉说的分裂情感障碍患者，平静地聊聊天，" 他那次在护士站的爆发，最终竟推动了精神医学与神经科学的发展，也许他并不会感到意外 "。

在 Deisseroth 的织物比喻里，每个人都有自己的 " 经线 "，又被完全不同的人生经历织成不同的纹理。但那名患者的经线和他的经线并不属于两个彼此隔绝的世界，而是 " 从某个角度、某个方向 " 交织进同一块人类经验的布里。

" 而在这块织布上，他的病痛也就是人性的一部分而已。"