2020年度邵逸夫生命科學與醫(yī)學獎平均頒予格羅?米森伯克(Gero Miesenb?ck)、彼得?黑格曼 (Peter Hegemann)和格奧爾格?內(nèi)格爾 (Georg Nagel)，以表彰他們所研發(fā)的光遺傳學，一項徹底改革了神經(jīng)科學發(fā)展的技術(shù)。格羅?米森伯克是英國牛津大學韋恩弗萊特生理學講座教授暨神經(jīng)回路與行為中心主任。彼得?黑格曼是德國柏林洪堡大學神經(jīng)科學赫蒂講座教授暨生物物理系系主任。格奧爾格?內(nèi)格爾是德國維爾茨堡大學分子植物生理學教授。

要明白大腦的運作，我們需要了解神經(jīng)細胞交流時所使用的語言。鑒于人類大腦中有860億個神經(jīng)細胞，它們之間的交流異常復雜，要了解其中過程是極富挑戰(zhàn)性的。每個神經(jīng)元可以與其他神經(jīng)元進行多達近萬次接觸，導致萬億個突觸連接。感謝2020年度邵逸夫生命科學與醫(yī)學獎得獎人：牛津大學的格羅?米森伯克、柏林洪堡大學的彼得?黑格曼和維爾茨堡大學的格奧爾格?內(nèi)格爾，他們近年在科學技術(shù)方面的發(fā)現(xiàn)提供了有效的工具，讓我們能夠追蹤和控制實驗動物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

神經(jīng)科學家一直在尋找可控制個別神經(jīng)細胞活動的方法，以便觀察細胞之間交流時所用的網(wǎng)絡(luò)，并確定細胞交流過程的調(diào)控。在過去一個多世紀，科學家通過化學或物理方法直接激活局部的神經(jīng)細胞，以檢測和控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)里的細胞電位變化。神經(jīng)科學家的夢想是利用光來間接控制細胞電位變化，以達到較少侵入性及更準確地控制和觀察神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在完整有機體的功能。第一個關(guān)鍵突破是于2002年米森伯克及其同事所發(fā)明的光遺傳學工具。他的研究小組使用自然光敏蛋白(視紫質(zhì))，這是一種使視覺產(chǎn)生色素的蛋白。研究小組把果蠅的光敏視紫質(zhì)基因植入脊椎動物的培養(yǎng)神經(jīng)細胞。結(jié)果，培養(yǎng)細胞表現(xiàn)出由光引起的神經(jīng)元活動模式?；谶@個初步研究結(jié)果，米森伯克率先證明這種方法可應(yīng)用于完整的果蠅，并且通過光學激活指定的環(huán)路，從而改變果蠅的行為。米森伯克在第一份報告中得出結(jié)論：「由于每個靶神經(jīng)元都對光感產(chǎn)生反應(yīng)，因此無需深入了解其空間坐標。這技術(shù)可同時準確地處理大量神經(jīng)元，而不會對不同功能的周邊神經(jīng)元產(chǎn)生不良干擾?！姑咨说姆椒ㄩ_創(chuàng)了光遺傳學的新紀元。

將這種方法應(yīng)用于動物時，雖然果蠅視紫質(zhì)對于光所作出反應(yīng)，但反應(yīng)比較緩慢，果蠅的遺傳機制也過于簡單，這些都是技術(shù)上的缺點。幸運的是，另一幾乎和米森伯克的研究同時進行的衣藻趨光性的研究，發(fā)現(xiàn)一種較為簡單受光調(diào)控的正離子通道蛋白。雖然視紫質(zhì)最先是在某些原始微生物中發(fā)現(xiàn)并分離的，但藻類具有快速趨光反應(yīng)，證明單個受體蛋白足以引起細胞膜電流的變化。在1991年發(fā)表的早期研究中，彼得?黑格曼在衣藻發(fā)現(xiàn)一種含視紫質(zhì)的光受體。經(jīng)過多年對光感的研究，黑格曼和格奧爾格?內(nèi)格爾合作并分別于2002年和2003年發(fā)表兩篇論文，他們使用  基因克隆方法，證明兩種光敏通道蛋白 ChR1 和 ChR2 的存在。關(guān)鍵是，該團隊發(fā)現(xiàn) ChR2 在脊椎動物細胞中表達該基因時，會引起極快的光誘導膜電流變化。這發(fā)現(xiàn)意味著光遺傳學發(fā)展踏入第二個主要階段。

黑格曼和內(nèi)格爾發(fā)現(xiàn)的 ChR2，可應(yīng)用于各種細胞和組織的功能上。在2005年，戴塞羅斯和博伊頓的研究小組，以及幾個月后獨立進行研究的黑格曼、蘭德梅賽和赫利茨小組，也證明了 ChR2應(yīng)用于神經(jīng)細胞和脊椎動物組織的優(yōu)越特性。自此，戴塞羅斯和博伊頓各自研發(fā)工具，將光準確地傳遞到哺乳類動物大腦深處神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

這些基礎(chǔ)科學上的發(fā)現(xiàn)，使我們獲得重要的工具，能夠清晰了解和精確地控制動物大腦中特定的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這些發(fā)現(xiàn)預(yù)示著探索認知和情感奧秘的黃金時代已經(jīng)來臨，人們終于可以在基因和細胞層面說明甚么是精神失常。(譯自英文原稿)

2020年度邵逸夫生命科學與醫(yī)學獎得獎?wù)吆喗?/strong>

格羅?米森伯克 (Gero Miesenb?ck) 在1965年于奧地利布勞瑙出生， 現(xiàn)為英國牛津大學韋恩弗萊特生理學講座教授暨神經(jīng)回路與行為中心  主任。他于奧地利因斯布魯克大學取得學士學位，并于1989年取得瑞典默奧大學博士學位。他于紐約紀念斯隆凱特琳研究所從事博士后研究(1992–1998)，其后出任助理研究員和神經(jīng)系統(tǒng)實驗室總監(jiān) (1999–2004)。同時，他亦在美國康奈爾大學神經(jīng)科學、細胞生物和遺傳學擔任助理教授。在出任牛津大學教授之前，他擔任美國耶魯大學醫(yī)學院細胞生物、細胞與分子生理學副教授 (2004–2007)。格羅?米森伯克亦是奧地利     科學院、德國科學院和英國皇家學會院士。

彼得?黑格曼 (Peter Hegemann) 在1954年于德國明斯特市出生，現(xiàn)為德國柏林洪堡大學神經(jīng)科學赫蒂講座教授暨生物物理系系主任。1975年至1980年間于德國明斯特大學和慕尼黑大學修讀化學，并在1984年于德國馬克斯普朗克生物化學研究所取得博士學位。他曾于美國雪城大學任職博士后研究員 (1985–1986)。返回德國后，他于馬克斯普朗克生物化學研究所成立研究小組 (1986–1992)，其后擔任德國里根斯堡大學教授(1993–2004)，并于柏林洪堡大學出任教授 (2005–) 和神經(jīng)科學赫蒂講座教授 (2015–)。彼得?黑格曼是德國利奧波第那國家科學院院士。

格奧爾格?內(nèi)格爾 (Georg Nagel) 在1953年于德國魏恩加滕出生，目前是德國維爾茨堡大學分子植物生理學教授。他于德國康斯坦茨大學修讀生物及生物物理學，1988年于德國法蘭克福大學取得博士學位。在美國耶魯大學和美國洛克菲勒大學完成博士后研究工作后，他于1992年返回德國，擔任馬克斯普朗克生物物理研究所生物物理化學系組長。他自2004年起出任維爾茨堡大學分子植物生理學和生物物理學教授。