瑞典卡羅琳學院諾貝爾大會（The Nobel Assembly at Karolinska Institutet）於 2026 年 10 月 5 日正式宣布，將 2026 年諾貝爾生理學或醫學獎（The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2026）共同授予美國史丹佛大學的卡爾・代塞羅斯（Karl Deisseroth）、德國柏林洪堡大學的彼得・黑格曼（Peter Hegemann）以及德國符茲堡大學的格奧爾格・內格爾（Georg Nagel）。

表彰他們在「光敏離子通道與光遺傳學」（light-gated ion channels and optogenetics）領域的劃時代發現。本屆獎金總額為 1200 萬瑞典克朗（SEK），由三位獲獎者均分，各獲三分之一。三位科學家跨越物種界限，將單細胞綠藻感知光線的本能，轉化為操縱神經元活動的精密分子開關，徹底改寫現代神經科學的探索維度。

「光遺傳學為繪製大腦地圖帶來我們過去只能夢想的契機。」——諾貝爾生理醫學獎評選委員會主席佩爾・斯文寧森（Per Svenningsson）

百億神經織就謎，千載追尋嘆迷濛

英國作家維吉尼亞・吳爾芙（Virginia Woolf）曾在 1932 年寫給友人的信箋中感嘆：「對我而言，自己的大腦是最難以捉摸的機械 — 它總是在嗡鳴、低語、翱翔、咆哮、俯衝，接著又深陷泥淖。為什麼會這樣？這股激動究竟所為何來？」這段文字道盡人類面對自身心智時無可名狀的困惑。

成年人的大腦重量僅約 1.3 公斤（1.3 kilograms），卻不可思議地容納了約 900 億個神經細胞（around 90 billion nerve cells）。每個神經元更延伸出數以千計的突觸連結，在無聲的電光石火中交織出記憶、悲喜、創造力與生命節律。二十世紀的神經學家雖然拼湊出大致的腦區功能地圖，然而受限於傳統研究工具的粗糙，科學界始終無法釐清特定神經元與複雜行為之間的精確因果關係，所凝視的心靈圖像宛如一張失焦的草圖。

雙螺旋先驅寄望，精準毫秒引微光

面對這座極度繁複的生命迷宮，科學界始終渴望一把精準的手術刀。曾在 1953 年共同發現 DNA 雙螺旋結構、並榮獲 1962 年諾貝爾獎的弗朗西斯・克里克（Francis Crick），在晚年轉向探索人類意識本質時便敏銳指出，神經元之間的電訊號傳遞極為迅捷，若想釐清各別迴路的運作，就必須在毫秒等級的極短瞬間精確掌控個別神經細胞。

克里克在當時提出一項看似荒誕不經的大膽設想：倘若分子生物學家能夠設法改造神經細胞，使其對光線產生反應，或許人類就能藉由光芒自由掌控大腦的放電訊號。克里克承認這項構想在當時宛如天方夜譚，但他同時堅信這並非完全不可能實現。這份對未來的深邃預見，靜靜沉睡了數十年，等待著基礎生物學的微小火花前來引燃。

池沼微藻趨光明，半毫秒間現電波

這場震撼神經科學界的變革，奇蹟般地始於池塘深處的單細胞生物。1990 年代初期，任職於德國馬丁斯里德馬克斯・普朗克生物化學研究所（Max Planck Institute for Biochemistry）的彼得・黑格曼（Peter Hegemann），被單細胞綠藻「萊茵衣藻」（Chlamydomonas）的運動行為深深吸引。

這類微小的浮游藻類具有鮮明的趨光性（Phototaxis），在培養皿中會朝著光源緩緩游動。衣藻感知光線的秘密在於細胞表面的橘色微小構造——眼點（Eyespot），內部富含感光分子視網膜醛（Retinal）。

黑格曼以精密微電極測量衣藻受光照時產生的電位變化，驚訝地發現光線照射眼點後短短 0.5 毫秒（half a millisecond），細胞內部便引發電脈衝。相較於人類眼睛需透過層層生化連鎖反應、耗時超過 10 毫秒（10 milliseconds）才開啟離子通道，這顆微藻的感光反應竟快上二十倍以上。

大膽假說破藩籬，蛙卵試煉證奇蹟

面對如此不可思議的反應速度，黑格曼於 1992 年提出震驚學界的假說：在衣藻體內，必然存在一種將「感光受體」與「離子通道」融為一體的單一蛋白質複合體。然而在當時，已知的所有離子通道都無法自行感光，這項大膽推論因而引來諸多質疑。

黑格曼歷經多年的摸索與分離試驗，直到千禧年之際，日本研究團隊完成衣藻基因定序，黑格曼從中鎖定兩個可能編碼感光蛋白的候選基因。為了驗證蛋白質的真實功能，他找來任職於法蘭克福馬克斯・普朗克生物物理研究所（Max Planck Institute for Biophysics）的格奧爾格・內格爾（Georg Nagel）。

內格爾擅長利用非洲爪蟾卵母細胞（Xenopus laevis oocytes）表達外源蛋白質，他將衣藻基因分別注入蛙卵細胞中，蛙卵的細胞膜隨即開始大量製造並鑲嵌這兩種神秘蛋白。

光敏通道現真容，哺乳細胞泛光芒

內格爾進行電生理量測後，迅速證實黑格曼十年前的洞見：這兩種蛋白質確實就是受光直接調控的離子通道。兩位學者將其命名為「光敏通道蛋白-1」（Channelrhodopsin-1, ChR1）與「光敏通道蛋白-2」（Channelrhodopsin-2, ChR2）。內格爾與黑格曼分別於 2002 年及 2003 年發表了這項劃時代發現。

其中，ChR2 表現出極致的優異特質：當受到藍光照射時，通道會在短短 0.2 毫秒（0.2 milliseconds）內迅速開啟，帶正電荷的陽離子隨即湧入細胞，產生去極化電位信號。兩位學者更進一步將 ChR2 導入人類胚胎腎細胞（Human embryonic kidney cells）與倉鼠腎細胞中，發現哺乳類細胞同樣能藉此獲得對光的電敏感性。他們在 2003 年的論文中明確預言：這種光敏蛋白將成為以光芒調控細胞電生理活性的強大工具。

診間悲憫化願景，神經迴路植基因

當來自德國的基礎生物學發現向全球傳播之際，美國史丹佛大學的卡爾・代塞羅斯（Karl Deisseroth）接下了這根關鍵火炬。生於 1971 年的代塞羅斯同時擁有神經科學博士（Ph.D.）與精神醫學臨床醫師（M.D.）雙重視野。在精神科病房的見習歷程中，他深切目睹重度憂鬱症、自閉症與思覺失調症患者難以言喻的心靈痛苦，同時也深刻體會到當代精神藥物在療效上的匱乏與伴隨的沉重副作用。

代塞羅斯意識到，若無法解析活體大腦中神經網絡的具體動態，醫學就無法真正解救這些受困的靈魂。獲悉 ChR2 的問世後，代塞羅斯致信內格爾取得該基因片段，並於 2005 年成功將其導入培養皿中的大鼠離體神經細胞。當實驗室的藍色光芒掠過，原本靜止的神經元瞬間產生動作電位（Action potential），並精準地向下游傳遞訊號，且完全未損害神經元的正常生理機能。

纖細光纖探幽微，小鼠鬚動隨光生

2006 年，這項融合光學工程與分子遺傳學的革命性方法被正式命名為「光遺傳學」（Optogenetics）。然而，代塞羅斯並未止步於培養皿中的成功，他的終極目標是在清醒且自由活動的動物體內駕馭神經元。2007 年，代塞羅斯研究團隊完成歷史性里程碑：他們透過基因工程將 ChR2 定向表達於活體小鼠的運動皮層（Motor cortex），並在小鼠顱骨植入直徑細如髮絲的光纖（Optical fiber）。

當微弱的藍光脈衝經由光纖射入大腦，沉睡的神經迴路隨即被喚醒，小鼠臉頰上的鬍鬚（Whiskers）竟完全隨著光照節奏自如擺動。同年，研究團隊更利用光遺傳學精準激活特定下視丘神經元，成功喚醒處於深層睡眠中的小鼠。這項實驗確鑿證明，科學家終於擁有能像彈奏琴鍵般、在活體大腦內以毫秒精度撥動特定神經迴路的分子工具。

重喚印跡懼意起，喜怒哀樂皆有跡

光遺傳學的誕生，迅速在全世界的實驗室引爆認知科學的文藝復興。2012 年，代塞羅斯與 1987 年諾貝爾獎得主利根川進（Susumu Tonegawa）展開一項極具哲學意涵的合作研究。他們標記小鼠在經歷恐懼時所活化的神經細胞群，當小鼠隨後置身於完全安全的環境時，研究團隊僅以一道光束重新激發這組被稱為「記憶印跡」（Engram）的神經迴路，小鼠便立刻重現恐懼僵直反應。

這是科學史上首次直接以物理手段證實特定記憶的具體物質基礎。隨後數年間，全球神經科學家藉由光遺傳學，逐一解碼掌管疼痛感知、社交互動、口渴飢餓、獎賞機制乃至母性育幼行為的複雜神經網絡；代塞羅斯團隊甚至進一步證實，心跳加速會透過周邊神經反向強化大腦的焦慮情緒，揭開了身體器官與心靈感受之間隱密且深邃的互動機制。

重拾微光辨形影，精準醫療啟新局

這項源於池塘綠藻的純粹好奇心，如今更進一步朝向臨床轉譯醫學大步邁進，為神經精神疾患的病理機制帶來前所未有的解答。在視網膜色素變性（Retinitis pigmentosa）等導致感光細胞不可逆凋亡的盲性疾病中，科學家透過基因載體將光敏通道蛋白基因植入殘存的視網膜神經節細胞，並搭配特製的光學投射眼鏡，已在人體臨床試驗中成功讓全盲患者重獲微弱光感，甚至得以辨識並抓取桌面上的物體輪廓。

此外，針對聽覺障礙開發的「光學人工耳蝸」（Optical cochlear implants）亦在蓬勃發展中，期望藉由光線高空間解析度的優勢，取代傳統電流刺激，大幅改善聲音音調的辨識度。從單細胞衣藻對晨光的卑微追尋，到人類探索百億神經元的自我啟蒙，這場跨越數十載的光學革命，已然在生命科學的長河中刻下燦爛的印記。

「三位獲獎者將單細胞藻類感應天光的本能，轉化為叩問人類心靈的普羅米修斯之火，為探索大腦這一宇宙中最複雜的結構，開創嶄新科學紀元。」

資料來源：
https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2026/press-release/