他们发现了一种藻类蛋白质，让科学家能用光开启和关闭选定的脑细胞。
- 一种绿藻体内有一种蛋白质，蓝光照到它时，它会打开一扇微小的“门”。
- 把这种蛋白质的基因放进神经细胞，一道闪光就能让这些细胞放电。
- 现在，科学家可以在活体动物身上检验，究竟是哪些脑细胞引发了某种记忆、感受或行为。
之前的难题
20世纪，研究人员弄清了大脑的哪些区域负责哪些工作。但他们的工具很粗糙：能观察到活动、看出关联，却无法证明某一类神经细胞引发了某种感受或行为。
分工不同的神经细胞紧密地混杂在一起，老方法无法单独挑出其中一类。弗朗西斯·克里克（Francis Crick）曾提出，光是控制单一类型细胞的理想手段。此前的尝试需要多个基因或额外添加化学物质，因此很难用在活体大脑中。
原理
以一只小鼠和一个问题为例：它脑中的某一群细胞，会不会把它从睡眠中唤醒？科学家只把通道视紫红质-2的基因送进这一类细胞，用一种改造过的病毒充当“快递员”，这样只有这些细胞会造出光控门。
接着，他们通过颅骨上的一个小孔插入一根细光纤。蓝光沿光纤照进来时，这些门在零点几毫秒内打开，带电粒子涌入，只有这些选定的细胞放电。
在2007年的研究中，照亮这些细胞会让睡眠中的小鼠更容易醒来。这说明这些细胞能够驱动觉醒，而不只是恰好同时活跃。另一些对其他颜色的光有反应的蛋白质可以让细胞沉默，因此研究人员既能打开同一条神经回路，也能关上它。
装在选定房子上的感光门铃
想象一座城市，从飞机上看，每栋房子都一模一样。你装上一种门铃，只有蓝色手电筒照到它时才会响，而且只装在某一类房子上，比如面包店。现在你可以飞过城市上空，打开灯，看看当只有面包店“醒来”时，整座城市会有什么反应。这个比喻有两处不贴切：这个“门铃”其实是一扇门，能让带电粒子流进细胞；科学家安装它的方式是送入一个基因，由细胞自己造出这扇门。
- 它让脑科学从“这些细胞一起活跃”迈向“这些细胞引发了这件事”，而且控制精度达到毫秒级。
- 世界各地的实验室已用它在动物身上找到与疼痛、口渴、进食、奖赏、注意力、社会行为和养育后代相关的神经回路。
- 2012年，照亮在一段恐惧记忆形成时被标记的细胞，就足以让小鼠重新唤起这段记忆。
- 2021年的一项研究报告称，一位因视网膜色素变性而失明的患者，借助一种类似通道视紫红质的蛋白质和一副能发光的眼镜，恢复了部分视力。
- 它为理解抑郁症、焦虑症、精神分裂症、阿尔茨海默病和帕金森病，以及心脏、肠道与大脑之间的联系，带来了新的认识。
10秒
他们从藻类那里“借”来一种光激活蛋白质，让科学家能用一道闪光开启或关闭选定的脑细胞。
讲给孩子听
池塘里住着一种小小的绿色生物，它能感觉到光，还会朝着光游过去。科学家把它用来感光的那部分“借”了过来，放进小鼠的脑细胞里。现在只要打开蓝光，这些脑细胞就会启动，就像按下一个按钮。
30秒
池塘里的一种藻类有一种蛋白质，蓝光照到它时，它会像一扇门一样打开。两位德国科学家在21世纪初发现了它。一位美国精神科医生把它的基因放进神经细胞，于是一道闪光就能让这些细胞放电。现在，研究人员可以在活体动物身上开启或关闭特定类型的细胞，看看会发生什么，从而揭示因果关系，而不只是相关性。
2分钟
你的大脑约有900亿个神经细胞，分工完全不同的细胞混杂在一起。一个世纪以来，科学家能看到哪些区域“亮”了起来，却无法证明是哪些细胞引发了什么。想象一座城市，每栋房子看起来都一样，而你想知道面包店起什么作用。再想象你装上一种只在蓝光下才响的门铃，而且只装在面包店上。这三位科学家为大脑做的，就是这件事。黑格曼（Peter Hegemann）和内格尔（Georg Nagel）找到了门铃：一种叫通道视紫红质的蛋白质，来自一种会朝着光游动的绿藻。戴塞罗思（Karl Deisseroth）摸索出了把它装进神经细胞的方法。在一项早期实验中，他的团队把它放进睡眠中小鼠脑内一群特定的细胞，再通过一根细光纤照光。小鼠变得更容易醒来。这说明这些细胞能够驱动觉醒。此后，同样的方法被用来寻找与恐惧记忆、口渴、奖赏和疼痛相关的神经回路，目前还在试验用它让一些因眼病失明的人恢复部分视力。
- 离子通道
- 细胞外层“皮肤”上的一扇微小的门，让带电粒子进出。
- 通道视紫红质
- 一种来自藻类的蛋白质，它本身就是离子通道，蓝光照到时会打开。
- 光遗传学
- 利用基因加上光，开启或关闭选定的细胞。
- 衣藻（Chlamydomonas）
- 一种单细胞绿藻，直径约0.015毫米，会朝着光游动。
- 神经信号
- 神经细胞发出的一次短暂电脉冲，用来传递信息。
- 光纤
- 一根细细的玻璃丝，能把光送到组织深处。
- 记忆印迹
- 储存某一段记忆的那一组特定神经细胞。
- 视网膜色素变性
- 一种遗传性眼病，会破坏眼睛里的感光细胞，导致失明。
Sources, reader versions and the quiz are on the English page.