我們的情緒、快樂和動力，到底是怎樣運作的？控制所有行為的大腦，長期像一個黑箱，令研究者難以捉摸。直到光遺傳學（optogenetics）出現，研究人員才第一次有機會直接觀察，甚至操控活體大腦中的特定神經細胞。
剛公布的諾貝爾生理學或醫學獎，就頒給了三位光遺傳學領域的開創者：德國的黑格曼（Peter Hegemann，71歲）、納格爾（Georg Nagel，73歲）和美國的戴塞羅思（Karl Deisseroth，54歲）。三人將平分1200萬瑞典克朗（約938萬港元）獎金。
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一束光，如何控制神經細胞
黑格曼和納格爾在藻類中發現了一種名為「光敏通道蛋白」（channelrhodopsin）的特殊蛋白質，它在藍光照射下會打開離子通道，產生電脈衝。戴塞羅思再把相關基因引入老鼠的神經細胞，在活鼠大腦中實現了用光控制神經細胞的開關。
諾貝爾獎委員會指出，這種方法為神經科學的新時代奠定了基礎。目前全球已有1200多個實驗室使用這項技術，探索記憶形成、恐懼來源、抑鬱和成癮背後的機制。
為大腦繪製出「地圖」
過去，研究人員只能觀察大腦哪裏活躍，卻很難證明哪一組神經元真正導致某種行為。藉助光遺傳學，科學家可以用一束光精準操控特定類型神經元的放電，再在活體動物身上驗證：激活這一組神經元，是否足以誘發類似抑鬱、恐懼或幻覺的行為？抑制這條迴路，能否逆轉異常表現？
透過這些方法，科學家已經找出控制疼痛、社交行為、口渴、食物攝取、獎賞和注意力的神經迴路，也發現了負責調節晝夜節律，甚至在免疫系統啟動時引發發燒的神經細胞。諾貝爾獎醫學委員會主席斯韋寧松（Per Svenningsson）形容，光遺傳學為繪製大腦圖譜提供了可能性，這是過去只能在夢中想像的方式。
對精神疾病的意義
這些發現也改變了人們理解精神疾病的方式。在現代醫學大部分分支裏，疾病都有明確的病灶，唯獨精神醫學，在過去一百多年裏一直是一門基於症狀症候群的醫學，醫生只能憑病人的症狀而非具體成因進行治療。而光遺傳學的發展，讓研究人員可以識別，甚至控制神經和精神疾病症狀相關的特定神經迴路。
由此，神經科學提出一種理解：快樂、動力和情緒不是靠意志力就能掌控的，而是大腦神經迴路運作的結果。「情緒病」不單是情緒出了問題，亦有可能是「大腦沒電了」。
這也可能改寫精神病症的治療邏輯。過去治療抑鬱症多靠「試錯」：一種藥吃幾周，效果不似預期再換第二種，醫生只能憑症狀、患者自述和經驗進行調整。而光遺傳學像是為大腦裝上了一盞檢修燈，讓醫生看清情緒低落、動力缺失、記憶退化背後，究竟是哪一條線路出了問題，為更精準、副作用更小的治療帶來可能。
三大可能的臨床應用
光遺傳學目前主要仍是研究大腦的工具，要變成常規療法，還有很長的路要走。不過，它能在毫秒級的時間內，以光線和基因工程精準開啟或關閉特定神經細胞，已讓不同方向的臨床應用出現了突破的可能。
首先是精神及情緒疾病，包括抑鬱症、自閉症和焦慮症等。科學家能更精準地鎖定控制快樂與恐懼的情緒迴路，了解抑鬱症如何剝奪快感，有望研發標靶的新型精神科藥物或光刺激療法，為情緒疾病的根治提供可能。
其次是退化性神經疾病，例如柏金遜症和阿茲海默症。光遺傳學有助釐清大腦運動控制與記憶衰退的神經網絡，為深度腦部刺激（DBS）等治療提供更精準的定位。專家也期望，進一步的研究最終能幫助找到根治柏金遜症和腦癇等疾病的方法。
最後是感官功能的修復。在一項試驗中，一名因視網膜色素變性而失明的男子，在視網膜植入類似通道視紫質的蛋白質後，恢復了部分視力，配戴特殊發光眼鏡後，還能辨認並抓取桌上的物件。在聽力方面，研究人員正探索用這項技術提高人工耳蝸的訊號傳遞精準度。
