2020年度邵逸夫生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)公布

2020年度邵逸夫生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)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(xué)，一項(xiàng)徹底改革了神經(jīng)科學(xué)發(fā)展的技術(shù)。格羅?米森伯克是英國(guó)牛津大學(xué)韋恩弗萊特生理學(xué)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(guó)柏林洪堡大學(xué)神經(jīng)科學(xué)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(guó)維爾茨堡大學(xué)分子植物生理學(xué)教授。

要明白大腦的運(yùn)作，我們需要了解神經(jīng)細(xì)胞交流時(shí)所使用的語(yǔ)言。鑒于人類大腦中有860億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，它們之間的交流異常復(fù)雜，要了解其中過(guò)程是極富挑戰(zhàn)性的。每個(gè)神經(jīng)元可以與其他神經(jīng)元進(jìn)行多達(dá)近萬(wàn)次接觸，導(dǎo)致萬(wàn)億個(gè)突觸連接。感謝2020年度邵逸夫生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得獎(jiǎng)人：牛津大學(xué)的格羅?米森伯克、柏林洪堡大學(xué)的彼得?黑格曼和維爾茨堡大學(xué)的格奧爾格?內(nèi)格爾，他們近年在科學(xué)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(shí)驗(yàn)動(dòng)物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

神經(jīng)科學(xué)家一直在尋找可控制個(gè)別神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)的方法，以便觀察細(xì)胞之間交流時(shí)所用的網(wǎng)絡(luò)，并確定細(xì)胞交流過(guò)程的調(diào)控。在過(guò)去一個(gè)多世紀(jì)，科學(xué)家通過(guò)化學(xué)或物理方法直接激活局部的神經(jīng)細(xì)胞，以檢測(cè)和控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)里的細(xì)胞電位變化。神經(jīng)科學(xué)家的夢(mèng)想是利用光來(lái)間接控制細(xì)胞電位變化，以達(dá)到較少侵入性及更準(zhǔn)確地控制和觀察神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在完整有機(jī)體的功能。第一個(gè)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(xué)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(jué)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(dòng)物的培養(yǎng)神經(jīng)細(xì)胞。結(jié)果，培養(yǎng)細(xì)胞表現(xiàn)出由光引起的神經(jīng)元活動(dòng)模式?；谶@個(gè)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(guò)光學(xué)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(bào)告中得出結(jié)論：「由于每個(gè)靶神經(jīng)元都對(duì)光感產(chǎn)生反應(yīng)，因此無(wú)需深入了解其空間坐標(biāo)。這技術(shù)可同時(shí)準(zhǔn)確地處理大量神經(jīng)元，而不會(huì)對(duì)不同功能的周邊神經(jīng)元產(chǎn)生不良干擾?！姑咨说姆椒ㄩ_(kāi)創(chuàng)了光遺傳學(xué)的新紀(jì)元。

將這種方法應(yīng)用于動(dòng)物時(shí)，雖然果蠅視紫質(zhì)對(duì)于光所作出反應(yīng)，但反應(yīng)比較緩慢，果蠅的遺傳機(jī)制也過(guò)于簡(jiǎn)單，這些都是技術(shù)上的缺點(diǎn)。幸運(yùn)的是，另一幾乎和米森伯克的研究同時(shí)進(jìn)行的衣藻趨光性的研究，發(fā)現(xiàn)一種較為簡(jiǎn)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(gè)受體蛋白足以引起細(xì)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(guò)多年對(duì)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(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn) ChR2 在脊椎動(dòng)物細(xì)胞中表達(dá)該基因時(shí)，會(huì)引起極快的光誘導(dǎo)膜電流變化。這發(fā)現(xiàn)意味著光遺傳學(xué)發(fā)展踏入第二個(gè)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(xì)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(gè)月后獨(dú)立進(jìn)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(xì)胞和脊椎動(dòng)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(zhǔn)確地傳遞到哺乳類動(dòng)物大腦深處神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

這些基礎(chǔ)科學(xué)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(dòng)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(rèn)知和情感奧秘的黃金時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，人們終于可以在基因和細(xì)胞層面說(shuō)明甚么是精神失常。(譯自英文原稿)

2020年度邵逸夫生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得獎(jiǎng)?wù)吆?jiǎn)介

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(guó)牛津大學(xué)韋恩弗萊特生理學(xué)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(xué)取得學(xué)士學(xué)位，并于1989年取得瑞典默奧大學(xué)博士學(xué)位。他于紐約紀(jì)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(shí)驗(yàn)室總監(jiān) (1999–2004)。同時(shí)，他亦在美國(guó)康奈爾大學(xué)神經(jīng)科學(xué)、細(xì)胞生物和遺傳學(xué)擔(dān)任助理教授。在出任牛津大學(xué)教授之前，他擔(dān)任美國(guó)耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物、細(xì)胞與分子生理學(xué)副教授 (2004–2007)。格羅?米森伯克亦是奧地利     科學(xué)院、德國(guó)科學(xué)院和英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院士。

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

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