这次，光又拿了诺贝尔奖：这次我们学会了用光给大脑"按开关"

当地时间10月5日，瑞典卡罗琳医学院宣布，将2026年诺贝尔生理学或医学奖颁给了"用光开关大脑"的光遗传学。回望125年，光已经是第五次获得诺奖垂青——从照见骨头的X射线，到点亮千家万户的蓝光LED，再到今天直接叩击神经元的蓝色光束。这是一条清晰的主线：认识光→理解光→制造光→用光调校生命→用光操控生命。

第一次亲吻（1901）：看见看不见的世界

1895年11月8日深夜，德国维尔茨堡大学的一间实验室里，物理学家伦琴正摆弄一支阴极射线管。为了防止漏光，他用黑纸板把管子包得严严实实。可就在通电的一瞬间，他注意到一米外一块涂着荧光材料的纸板，竟然微微发亮。

中间隔着黑纸板，光是怎么跑过去的？

接下来的六个星期，伦琴吃住都在实验室。他发现这种看不见的射线能穿透木头、书本、皮肉，却被骨骼和金属挡住。1895年12月22日，他让妻子贝莎把手放在感光板上，拍下了人类历史上第一张医学X光片——骨骼轮廓清晰，婚戒赫然在目。据说贝莎看到后脱口而出："我看见了我的死亡。"

【插图2：伦琴夫人之手】图注：1895年12月22日，人类第一张医学X光片——伦琴夫人的左手，骨骼与婚戒清晰可见（历史照片，公有领域）

因为不知道它是什么，伦琴用数学里代表未知数的"X"为它命名。这个"不知道"，恰恰打开了人类认知的新维度：原来光的边界，远不止眼睛看到的那一条窄缝。

【插图3：电磁波谱】图注：电磁波谱大家庭——可见光只是其中极窄的一段，X射线在更短波长处

一个细节值得记住：伦琴没有为X射线申请任何专利，还把1901年首届诺贝尔物理学奖的奖金捐给了大学。今天从医院CT到机场安检，这项"免费"的发现每年挽救无数生命。

第二次亲吻（1921）：读懂光的"量子内核"

伦琴让人类看见了新的光，爱因斯坦则让人类读懂了光的本质。

故事要从一个"反常"的实验现象说起。科学家发现，光照射金属表面时会打出电子（这就是"光电效应"），但诡异的是：红光再亮也打不出电子，微弱的紫外光一照就能打出来；而且电子是瞬间飞出的，没有任何能量积累的过程。

按照统治物理学百年的"光是波"的理论，波的能量是连续传递的，只要光够强、照得够久，总该打出电子。可实验事实摆在眼前，经典物理解释不了。

1905年，26岁的专利局职员爱因斯坦提出了一个石破天惊的假说：光不是连续的波，而是一颗一颗离散的"能量子弹"——后来被称为"光子"。子弹的能量只取决于光的频率（颜色），与亮度无关。频率不够的红光，就像一堆砸不开核桃的小沙粒，数量再多也白搭；而频率够高的紫外光子，一颗就能敲出一个电子。

【插图4：光电效应原理】图注：光电效应的"能量子弹"模型——光子能量够不够，看频率（颜色），不看亮度

这个假说连实验物理学家密立根都觉得离谱，他花了十年时间想做实验推翻它，结果反而精确验证了爱因斯坦的公式——密立根自己也因此拿了1923年的诺贝尔奖。

1921年的诺贝尔物理学奖因此授予爱因斯坦。值得一提的是，他拿奖靠的是光电效应，而不是相对论。这次突破确立了光的"波粒二象性"，为整个量子力学奠基。今天我们用的太阳能板、手机摄像头、光纤通信，底层逻辑全部来自这颗小小的"光子"。

第三次亲吻（2014）：造出照亮人间的蓝光

前两次诺奖奖励的是"认识光"，第三次则奖励"制造光"——而且是和我们每个人最相关的一次。

LED（发光二极管）并不新鲜：上世纪五六十年代，红光、绿光LED相继问世。但蓝光灯泡却整整难住了全世界三十年。原因很简单：红绿蓝三原色凑不齐，就合不成白光，LED就永远进不了照明市场。当时发光效率低、寿命短的白炽灯和含汞的荧光灯统治着世界。

【插图5：蓝光LED如何变白光】图注：没有蓝光就没有白光——今天LED灯泡的主流方案，正是蓝光芯片加黄色荧光粉

蓝光LED的难点在于材料：需要一种叫氮化镓的半导体，但它的晶体极难生长，缺陷多、易碎裂，美国无线电公司（RCA）等大厂早在七十年代就放弃了。日本名古屋大学的赤崎勇和天野浩偏不信邪：1986年，他们先在蓝宝石衬底上铺一层氮化铝"缓冲层"，终于长出了高质量氮化镓晶体；1989年又攻克了"p型掺杂"难题，做出首个亮度达标的蓝光LED原型。而在日本小城市德岛，一家只有两百人的小化工公司"日亚化学"里，工程师中村修二独辟蹊径改进设备，1993年做出了世界上第一颗高亮度蓝光LED，率先把它推向市场。

2014年，诺贝尔物理学奖授予这三位科学家，颁奖词写道："发明高效蓝光发光二极管，带来了明亮而节能的白色光源。"评审委员会主席说得很直白："很多大公司都试过，都失败了，是这三个人坚持了下来。"

今天，LED照明相比白炽灯节电约八成以上，全球照明用电占比因此持续下降。这一吻，吻出了人间烟火。

第四次亲吻（2017）：原来光在给我们"对表"

如果说前三次亲吻都属于物理学，那么第四次，诺奖把目光从实验室转向了生命本身。

地球上几乎所有生物体内都有一座约24小时转一圈的"生物钟"：日出而作，日落而息。可光究竟是怎么拨动这座时钟的？2017年诺贝尔生理学或医学奖得主霍尔、罗斯巴什和杨，用果蝇揭开了谜底。

故事始于1971年：加州理工学院的科学家发现，果蝇中有一种突变体，有的生物钟变快、有的变慢、有的彻底失灵——问题都出在一个叫period（周期）的基因上。1984年，霍尔与罗斯巴什、杨各自独立克隆了这个基因，随后拼出了一套精巧的"分子齿轮"：

• 夜里，period基因开工生产PER蛋白，蛋白越积越多；

• 堆积的PER蛋白进入细胞核，反过来"关掉"生产自己的基因——自己踩自己的刹车；

• 白天，蛋白逐渐降解，刹车松开，基因重新开工，开始新一天循环；

• 关键是另一种TIM蛋白：它对光敏感，一照光就分解——这就是光线每天清晨给生物钟"归零对表"的分子开关。

【插图6：生物钟负反馈回路】图注：生物钟的分子齿轮——PER蛋白夜里堆积、自我抑制，清晨光照通过分解TIM蛋白给时钟"对表"

而光是怎样把信号传进大脑的？2002年科学家找到了答案：我们眼睛里除了管"看东西"的视锥、视杆细胞，还有第三种感光细胞——含视黑素的感光神经节细胞（ipRGC），它不参与成像，专门向大脑的生物钟总部报时，而且对480纳米左右的蓝光最敏感。

【插图7：为什么蓝光最提神】图注：眼睛里有两套光感受器——管成像的视锥细胞，和管生物钟的ipRGC（对480nm蓝光最敏感）

这解释了一个现代生活的悖论：睡前刷手机为什么越刷越精神？因为屏幕蓝光恰好打在480纳米附近——等于在深夜给你的生物钟发了一封"现在是白天"的错误电报。熬夜、倒班、跨时区飞行带来的代谢紊乱、睡眠障碍甚至更高的疾病风险，背后都是这套光控节律被打乱。国际癌症研究机构早在2007年就把"打乱昼夜节律的轮班工作"列为2A类致癌因素。

对照明行业来说，这次诺奖意味深长：光不只是照亮空间的工具，更是调节生命的"授时信号"——这正是近年"人因照明""健康照明"概念的科学根基。

第五次亲吻（2026）：用一束光，给大脑按开关

今天（2026年10月5日），瑞典卡罗琳医学院宣布：本年度诺贝尔生理学或医学奖授予卡尔·戴塞罗思、彼得·黑格曼和格奥尔格·内格尔，表彰他们"在光门控离子通道和光遗传学方面的发现"。三人平分1200万瑞典克朗（约合802万元人民币）奖金。

这个故事的起点，是一种单细胞藻类。

上世纪九十年代，黑格曼好奇一个问题：衣藻这种单细胞藻类为什么对光反应那么快？人眼感光要经过一连串化学反应，至少需要10毫秒，而衣藻的反应比人眼快20倍以上。他和内格尔最终从藻类中找到了答案——通道视紫红质：一种趴在细胞膜上的蛋白质，蓝光一照，它内部的离子通道就像闸门一样打开，带电离子涌入细胞，直接产生电信号。这是一次"光速"的光电转换，中间没有任何化学传动。

更妙的是，他们发现把这个蛋白的基因移植进其他细胞，那些原本对光毫无反应的细胞，也长出了"感光开关"。

戴塞罗思接过了最关键的一棒：2005年，他把通道视紫红质基因导入大鼠神经细胞，用蓝光成功触发神经信号；2007年，他进一步实现了在活体小鼠大脑里用光纤递送蓝光，精准点亮特定神经元——光遗传学（optogenetics，光学＋遗传学）就此诞生。

【插图8：光遗传学原理】图注：光遗传学——给神经细胞植入来自藻类的"光控开关"，蓝光一照，毫秒级开机

这项技术的革命性在于：过去研究大脑，科学家只能"观察"——看见某片脑区亮了，猜测它和某种行为有关，却无法证明因果。现在，他们可以像按键盘一样，精准打开或关闭某一类神经元，直接验证"这群细胞到底管什么"。记忆如何形成、恐惧如何编码、成瘾如何发生、帕金森病和癫痫的异常环路在哪里——过去二十年，全球成千上万的实验室用这把"光之钥匙"打开了大脑的黑箱。诺奖委员会主席评价："光遗传学提供了以我们曾经梦寐以求的方式绘制大脑图谱的可能。"

它也正在走向临床：2016年，美国达拉斯一位因视网膜色素变性失明的女性，接受了全球首例光遗传学治疗试验——把感光蛋白基因导入视网膜残存细胞，用人造光信号替代坏死的感光细胞。研究团队的最终目标，是让盲人重新"看见"。

【插图9：从照亮到对话生命】图注：125年，人类对光的用法完成了五级跨越

回望这五次亲吻，一条清晰的脉络浮现：

• 1901年，认识光——原来可见光之外别有洞天；

• 1921年，理解光——原来光是一颗颗量子化的能量子弹；

• 2014年，制造光——人类第一次掌握了高效、廉价的人造光源；

• 2017年，调校生命——原来光每天都通过眼睛校准我们的生物钟；

• 2026年，操控生命——光成为直接对话神经元的精密开关。

从"照亮世界"到"对话生命"，光在人类手中的角色彻底变了。对于和光打了一辈子交道的照明人来说，这既是最好的时代注脚，也是一封邀请函：当光开始被当作"药"来开处方，懂光的人，舞台只会越来越大。

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文章转载于公众号【光聚聚光乐乐】，作者【逍遥山人逍遥风】。