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诺奖为什么给了光遗传学?用光控制脑!

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-10-05

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新鲜出炉的2026年诺贝尔生理学或医学奖授予了卡尔·代塞尔罗思(Karl Deisseroth),彼得·黑格曼(Peter Hegemann)和格奥尔格·纳格尔(Georg Nagel),他们发现了一种用光就能打开的“光控开关”(光控离子通道),并由此催生了光遗传学(optogenetics),让人们能在活体大脑中开启或关闭单个神经细胞的活动。

神经科学家一直梦想着能够随意控制特异神经元的活性,是光让他们梦想成真了!光遗传学技术实现了特异、快速、直接地改变神经元活性,从而使“光”成了脑细胞乃至动物行为的开关。

无数的神经科学难题以崭新的视角被重新阐述。

小鼠行为“光”说了算

电影《黑衣人》中,只要闪光笔一闪,目击者便会瞬间失去记忆。

现实可能比电影中更神奇:科学家已经能够用特定波长的可见光来准确无误地控制小鼠的特定行为。

电影《黑衣人2》剧照|douban.com

他们给小鼠的脑袋接上光纤,只要蓝光一亮,小鼠立即开始转圈跑,而灯灭的时候小鼠完全正常。

斯坦福大学的研究人员们更是利用此技术让熟睡中的小鼠在毫无其他外界刺激的条件下瞬间完全清醒(一秒钟,变清醒!)[1]。

除此之外,科学家还能够通过蓝光控制果蝇的逃逸行为,用黄光使扭动的蠕虫安静下来,用蓝光控制小鼠心肌细胞收缩节律使之与蓝光频闪同步。

如此神奇的本领在16年前也让《自然》杂志称赞不已,光遗传学技术荣获2010年“自然技术”年度荣誉[2]。

跨领域合作成就新技术

光遗传学中的“遗传”两字乍一看很容易让人联想到“豌豆大叔”孟德尔的经典遗传学。

然而实际上遗传学和基因学在英文中都是genetics,光遗传学(optogenetics)的全称是“光刺激基因工程”(optical stimulation plus genetic engineering)。

它将微生物学、现代遗传(基因)学、神经科学、生物工程科学等各项技术结合起来,实现了对特殊细胞活性的定向控制[4]。

这和我们想象中的传统遗传学着实相去甚远。

那么,光遗传学技术究竟如何实现呢?

早在上个世纪,微生物科学家就已经发现某些藻类中存在“微生物视蛋白”。

这些蛋白就像光控开关一样,能够被特异波长的光(最常见如可见光蓝光、黄光)激活或抑制,使细胞膜离子通道活性发生改变,从而细胞活性亦发生变化。

科学家将编码相应视蛋白的基因从藻类DNA中分离,并给它加上一个特异启动子(可以理解为开关),然后载入相应的病毒内;再通过脑内定位注射技术将病毒注射入实验动物脑内特定部位、连上光纤[5] ,至此,大功告成,光控开关安装完毕!只等微生物视蛋白在被感染的神经元中特异表达就能见证奇迹了。

图|参考文献【6】

特异、快速、直接地控制神经元

光遗传学技术表面看上去只是一项能够改变神经元兴奋性的技术,为何它会被冠以“划时代”的名号并被《自然》杂志予以极高殊荣呢?

药物注射、电刺激等等也能改变细胞活性。

但药物注射的作用多是全身性的,但凡存在药物受体的细胞都会受到药物作用;即使在定位注射等技术手段的辅助之下,注射部位周围细胞也可能受到药物的影响。

电刺激亦是如此,很难保证仅仅同一类神经元细胞接受电刺激信号[4]。

如果将交错繁杂的神经元比作隐藏着罪犯(目标神经元)的拥挤人群的话,抓贼过程中放电(电刺激)和撒药(药物刺激)都将无可避免地“牵连无辜”。

与之相反,光遗传学技术的重要突破之一就在于它真正实现同类细胞被精确地刺激:通过给特定的细胞装上开关(特异性启动子),微生物光敏蛋白能够非常精确地在某一类神经元中表达,即使这些神经元同其他神经细胞交织如网,亦能够保证在光照下的准确激活或抑制[5]。

光遗传学技术几乎使得特定行为和光刺激同步发生。

它无需等待血液或其他介质将刺激源运到靶点细胞(实际上,刺激是以光速抵达靶点细胞);亦不存在半衰期等药物代谢特性,一旦光照停止,刺激立即结束。

而相对于激素等通过受体调控基因转录表达等间接刺激而言,光遗传学技术使得因果之间的联系更为直观。

神经科学的重新思考

理论上光遗传学技术可以运用在任何细胞系(可长期连续传代的培养细胞)中,但目前最热门的还是其在神经科学领域的广泛应用。

它在技术水平上的巨大突破使得我们能够从全新的角度再次思考与探索近乎整个神经科学领域——所有神经科学的问题,我们都可以再一次提问:究竟是哪种神经元在起作用?

记忆是如何形成的,又储存在哪里?哪些神经元参与了感知的形成?不同行为表现究竟有哪些神经元参与?在神经科学领域我们似乎从自行车时代步入了汽车时代。

驾驶汽车再一次探险这知识的世界,你准备好了吗?

参考文献

[1]. Rolls, A., et al., Optogenetic disruption of sleep continuity impairs memory consolidation. Proc Natl Acad Sci U S A, 2011. 108(32): p. 13305-10.

[2]. Nature Methods 2010 .. Nature Methods 2010: http://www.nature.com/nmeth/journal/v8/n1/full/nmeth.f.322.html?pagewanted=all

[3]. Optogenetics .. Optogenetics: http://v.youku.com/v_show/id_XMzAxNDc2NTc2.html

[4]. Light science: optogenetics .. Light science: optogenetics: http://sciencecalling.com/2011/08/12/light-science-optogenetics/

[5]. Nowak, V.A., et al., Optogenetics--shining light on neurosurgical conditions. Br J Neurosurg, 2010. 24(6): p. 618-24.

[6]. Optogenetics: Controlling the brain with light .. Optogenetics: Controlling the brain with light: http://www.youtube.com/watch?v=QA67v4vSg00&feature=player_embedded

作者:林竹萧萧

编辑:odette

稍后,果壳将为大家带来2026年诺贝尔生理学或医学奖的更多内容,敬请期待!

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高帧爽玩《控制:共振》!七彩虹iGame Vortex主机入驻核聚变:4K稳跑220帧

快科技10月23日消息,2026核聚变北京站将于10月24日至25日在首钢国际会展中心开幕,机核年度游戏嘉年华此次集结3A新作、国产头部游戏与大量独立游戏,提供丰富的线下试玩内容。

七彩虹旗下高端子品牌iGame携iGame Vortex旗舰游戏主机入驻《控制:共振》专属试玩展位,通过DLSS 4.5与路径追踪技术的组合,为到场玩家提供实机试玩体验。

《控制:共振》是Remedy开发的《控制》正统续作,本作以迪伦·法登为主角,玩家将进入被希斯与霉菌扭曲异化的曼哈顿,依靠超自然能力与异变武器抵御超自然灾难,追寻姐姐杰西的踪迹,遏制从太古屋外溢的异象危机。

游戏延续Remedy标志性的怪诞叙事风格,超能力战斗与扭曲空间美术是其核心亮点,在DLSS 4.5与路径追踪加持下,异变场景的呈现更为细腻。

据了解,现场共部署20台iGame Vortex游戏主机承担试玩任务,整机配置为:显卡采用iGame GeForce RTX 5080 Vulcan OC 16GB,处理器为AMD锐龙7 9850X3D,主板为iGame X870E Vulcan OC,散热由iGame LQ360LCD Vulcan X一体水冷负责。

现场外设配齐七彩虹SENTRY哨兵耳机、星驰87磁轴键盘与雷蛇巴塞利斯蛇V3鼠标,搭配AGON AGP327UZD 4K 240Hz双模OLED显示器。

性能表现方面,开启固定6倍多帧生成模式并搭配超高预设路径追踪后,该平台最高可跑出220 FPS,配合4K 240Hz显示器,高分辨率与高刷新率同步释放。

6倍多帧生成是DLSS 4代系下档位较高的设置,对GPU算力与显存带宽均有一定要求,RTX 5080 Vulcan OC在路径追踪开启的情况下仍能输出该帧数。

除此之外,面对展会期间连续不断的试玩人流,长时间高负载运行对硬件稳定性与散热设计是实际考验。

iGame方面表示,旗舰硬件在长时间运行下能够保持稳定表现,保障每位排队体验的玩家都能获得完整的实机试玩效果。

火箭着陆腿造好,印度可复用火箭近了,真正首飞还得再等等

2026年10月22日,据idrw.org(印度国防研究之翼)消息,OmSpace完成“无限一号”着陆腿:值得鼓掌,但别把零件当成火箭。

近来,印度航天初创公司OmSpace宣布完成了其“无限一号”(Infinity One)可重复使用火箭的着陆腿。

这条消息听起来很技术,但用大白话说,它解决的是一个很直观的问题:火箭一级从天上回来时,怎么才能不摔坏,而是稳稳站在地上,下一次还能再用。

可重复使用火箭的核心逻辑,是让火箭最贵的那一部分——一级箭体、发动机——不要一次性扔掉。

猎鹰9号已经证明这条路能走通:一级分离后掉头、减速、展开着陆腿,垂直落在回收场或海上平台。

着陆腿就是这套动作里最后接触地面的那一下。

它看起来只是几根支架,实际上要同时干好几件事:落地前展开并锁定,不能半路折回去;接触地面时吸收冲击,把动能缓冲掉;站稳后承受箭体重量和侧向力,不能一碰就倒;回收后还要便于检查、维护和再次使用。

而且它必须足够轻,因为火箭上每一公斤结构重量,都会直接吃掉运载能力。

所以,OmSpace完成着陆腿,意义在于它把可复用火箭里一个看得见、摸得着的硬件环节往前推了一步。

对印度私营航天来说,这至少说明本土企业有能力承担复杂机构件的设计制造,而不是所有东西都停留在PPT上。

idrw.org的报道也把它放在“印度可复用火箭进展”的框架里看,这个方向本身是值得关注的。

但普通人最容易误解的地方也在这里:有着陆腿,不等于火箭就能回收。

火箭一级垂直回收是一整条技术链:发动机要能节流、关机后再点火;箭体要有栅格舵或冷气推进做姿态控制;导航制导要算准落点;着陆前要控制速度和姿态;推进剂要在微重力下稳定管理;热防护要扛住再入;落地后还要能快速检测、翻修、再飞。

着陆腿只是“最后站稳”的那一环,前面任何一环掉链子,腿做得再好也用不上。

因此,这条新闻更准确的读法是:OmSpace完成了一个关键硬件的制造里程碑,但距离“无限一号”首飞、更距离“重复使用”形成商业能力,还有不少路要走。

接下来真正值得盯的,是着陆腿的地面展开、锁定和冲击测试,它与箭体的集成进度,以及发动机、飞控和回收流程能不能同步跟上。

公开信息目前主要来自idrw.org,具体的测试数据和后续时间表还没有完全披露。

鼓掌可以,但别把一只腿当成整枚火箭。

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