Нобелевская премия по физиологии или медицине присуждена трем учёным за исследования, посвящённые разгадке механизмов управления мозгом с помощью света. Карл Дайссерот из Института Говарда Хьюза и Стэнфордского университета, Петер Хегеманн из Берлинского университета Гумбольдта и Георг Нагель из Вюрцбургского университета получили премию за открытия, касающиеся светочувствительных ионных каналов и оптогенетики.

Исследования лауреатов привели к созданию светочувствительного «выключателя», с помощью которого можно активировать или подавлять нервные клетки в живом мозге. Хегеманн изучал, как зелёная одноклеточная водоросль Chlamydomonas ориентируется по свету и обнаружил светочувствительный белок, который почти мгновенно преобразует свет в электрический сигнал.

Нагель и Хегеманн идентифицировали такие белки — channelrhodopsins — и показали, что при воздействии света они позволяют ионам проникать в клетку, вызывая электрический импульс. Дайссерот продвинул эту идею дальше: при введении гена channelrhodopsin в нервные клетки животных их можно стимулировать светом, вызывая в них электрические сигналы.

В экспериментах на грызунах метод позволял, доставляя свет через крошечные оптические волокна, вызывать движения и исследовать, какие нейронные сети участвуют в формировании конкретных воспоминаний и поведения, в том числе связанных со страхом. Эти работы привели к развитию области оптогенетической терапии.

Оптогенетические подходы уже применялись в клинических испытаниях: в одном из исследований метод использовали для частичного восстановления зрения у пациента с пигментным ретинитом. Генетическая инструкция по синтезу channelrhodopsin доставлялась с помощью безвредного вируса в ганглиозные клетки сетчатки, а пациенту выдавали очки со световой стимуляцией, преобразующие изображения в импульсы определённой длины волны.

Работа лауреатов открывает новые возможности для картирования функций мозга: теперь есть инструмент для установления причинно-следственных связей между активностью отдельных клеток и конкретными функциями или поведением. Это важно как для базовой нейронауки, так и для изучения нарушений, например деменции, эпилепсии или зависимости.

Оптогенетические методы помогают понять, какие клетки и сети вовлечены в патологические состояния у животных, что даёт ориентиры для дальнейших исследований в человеческом мозге и разработки потенциальных терапевтических подходов.