2026年10月5日，诺贝尔生理学或医学奖颁给光遗传学领域的三位奠基者：卡尔・戴塞罗思（Karl Deisseroth）、彼得・黑格曼（Peter Hegemann）与格奥尔格・纳格尔（Georg Nagel），表彰他们在光门离子通道与光遗传学领域的重大发现。
图1 2026年诺贝尔生理学或医学奖海报（图片来源：诺贝尔奖官网截图）
其中，戴塞罗思不仅是斯坦福大学的神经科学家和生物工程师，还是一位至今仍在一线接诊的精神科医生。他在回忆录《Projections：A Story of Human Emotions》（《投影：人类情感的故事》）中记录了众多孤独症患者的真实故事。正是这些临床接触，驱使他去追问一个更深层的问题：孤独症患者的社交障碍，在大脑的神经环路层面究竟发生了什么？
而光遗传学，恰好给了他一把前所未有的钥匙。
01
光遗传学做了什么：把“推测”变成“因果”
在光遗传学出现之前，关于孤独症神经机制的主流假说之一是大脑皮层的“兴奋-抑制平衡（Excitation/Inhibition Balance, E/I Balance）”失调。所谓 E/I 平衡，简单说就是大脑中“兴奋信号”与“抑制信号”之间的配比。这个假说的逻辑很直观：大脑皮层中主要有两类神经元——兴奋性神经元（如锥体细胞）负责传递信号，相当于“油门”；抑制性神经元（如PV中间神经元）负责阻断或减弱信号，相当于“刹车”。如果“油门”太强或者“刹车”太弱，信息处理就可能出问题。
图2 E/I 平衡：“油门”（兴奋性神经元）与“刹车”（抑制性神经元）
多年来，科学家在孤独症患者大脑中观察到各种异常信号，但这些观察只能说明"相关"：E/I失衡与孤独症同时出现，谁导致谁却无法验证——因为传统手段没办法在活体动物身上实时、精准地调高某类神经元的兴奋性，再看它是否真的出现社交障碍。
2011年，戴塞罗思团队在《Nature》发表的研究打破了这一僵局。他们利用光遗传学工具，在小鼠内侧前额叶皮层选择性地提升兴奋性神经元的活性，人为拉高E/I比值，结果小鼠立刻表现出严重的社交功能损害。
更关键的是，当他们同步提升抑制性PV神经元的活性来补偿失衡时，社交缺陷被部分逆转。该研究首次证明，细胞级的E/I平衡一旦被打破，便会直接引发社交行为缺陷——两者之间的因果链条由此得到确立。
图3 该研究首次通过光遗传学证明：E/I失衡会导致社交功能障碍
2017年，戴塞罗思团队进一步推进了该研究，使用了携带人类孤独症相关基因突变（CNTNAP2缺失）的小鼠，这类小鼠天生存在E/I失衡和社交回避。研究中通过光遗传学手段降低兴奋性细胞活跃度，或提升抑制性PV细胞活跃度，两种方向都成功让成年小鼠的社交互动时间大幅增加。
图4 该研究证明在孤独症基因突变小鼠中，通过光遗传学恢复E/I平衡可有效挽救其社交行为
图5 研究者让 CNTNAP2 缺失小鼠前额叶皮层的 PV 抑制性神经元表达感光蛋白（绿色荧光处），并在其上方植入双侧光纤。经蓝光一照，这些“刹车”神经元就被激活从而抑制过度兴奋的神经活动，这一操作使小鼠的社交互动时间显著增加
光遗传学在这里的价值，不是找到了一个治疗方法，而是第一次让E/I失衡从一个“看起来有道理”的假说，变成了可以在实验室里反复验证的因果靶点。
02
E/I失衡是ASD的“主要病因”吗？
目前不是，但它是一个重要的“潜在病因”。
光遗传学证明了E/I失衡可以导致社交障碍，但这不等于说它就是孤独症的主要病因。把多项临床研究汇总起来看，孤独症人群和普通人群的E/I相关指标并没有稳定一致的显著差异，而且神经过度兴奋与孤独症行为严重程度的关系尚不明确。
但这不意味着E/I失衡不重要。光遗传学研究的价值在于提示E/I失衡是一个值得继续追的因果方向；且于2025年发表于Translational Psychiatry的研究表明，将E/I比值与临床量表结合，可显著提升孤独症与精神分裂症的鉴别准确率。
03
经颅光生物调节（tPBM）：诺奖发现的人体延伸，最具备家庭化潜力的物理调控路径
光遗传学进不了人体，卡在两个坎上：给特定神经元植入感光蛋白的基因导入，和颅内光纤植入。对普通孤独症儿童来说，可预见的未来都无法接受。
但它证明了一件事：光，能调控神经活动。
由此长出了另一条路——经颅光生物调节（transcranial photobiomodulation，tPBM）。这个名字看起来复杂，拆开就懂了：经颅，是隔着颅骨；光，是能穿透头皮和颅骨的近红外光；生物调节，是调节细胞的生物功能。合起来说，就是从头顶外部照一束近红外光，隔空给大脑皮层细胞充能，全程无创、不动刀、不植入。
tPBM是怎么工作的？
tPBM不使用基因改造，也不需要侵入性植入。它通过近红外光穿透头皮和颅骨，作用于大脑皮层组织。其机制通常被描述为“代谢调节”——光被线粒体中的细胞色素c氧化酶吸收，影响ATP产生、氧化应激和局部血流，从而间接调节神经元兴奋性。
图6 tPBM：近红外光穿透头皮与颅骨作用于皮层，通过线粒体吸光调节脑代谢
目前，tPBM在孤独症领域的临床证据正在积累。一项2024年发表于Frontiers in Neurology的随机双盲假对照试验，纳入30名2-6岁孤独症儿童，使用Cognilum可穿戴设备（40Hz，850nm近红外光），每周两次、持续8周。
图7 该研究评估了近红外光（tPBM）对孤独症儿童症状及脑电活动的影响
图8 试验受试者的筛选与分组流程
效果如何？有两点值得看。
第一，症状评分。衡量孤独症症状常用CARS量表，分数越高代表症状越重。8周后，真正接受光照治疗的孩子们，CARS分数比假对照组多降了7.23分，表明真治疗组的孩子改善得更明显。第二，脑电θ波和大脑的放松、注意力调节有关，孤独症儿童常常偏低。治疗后，治疗组的θ波功率明显更高，说明光治疗确实让大脑活动模式发生了变化。此外，整个8周里，没有报告任何中度或重度的副作用。
图9 治疗组和对照组的治疗前后CARS评分统计数据。
需要明确的是：tPBM无法精准操控单个神经元的兴奋/抑制，也不是直接修复 E/I 平衡。它属于非特异性神经调节，通过改善脑代谢、减轻神经炎症、调节局部血流间接起作用。它最大优势是非侵入、无基因操作、设备可穿戴，儿童耐受性较好。
在孤独症核心症状尚无特效药的当下，tPBM 这条技术路线，为临床研究和家庭应用提供了一个现实可操作的入口。
参考文献
