一點靈犀/光遺傳學開啟腦機接口新思路\李靈修
今年的諾貝爾生理醫學獎「花落」光遺傳學，該領域也被產業界視作下一代腦機接口技術的關鍵突破口。相對於頭套式與電極式等傳統路徑，光遺傳學提供的空間解析度更高、讀寫抗干擾性也更強，為失明人士與截癱患者帶來福音。
光遺傳學是指把編碼蛋白質的基因放進體內，通過光信號操縱蛋白質活性，增加或者降低神經細胞的活動。若將人腦與電腦做類比，前者包含數百億個神經細胞，後者則具有數億個晶體管，二者的基本元件之間都互相連接、構成巨大的網絡。也因此，前沿神經科學家一直試圖通過測量、調節大腦中的信息流，以復現人類操控電腦的功能。
技術路徑優勢突出
近十年來，光遺傳學手段被廣泛應用在各類臨床醫療場景中，例如嗜睡症、抑鬱症、帕金森綜合症等。而光遺傳學與腦機接口技術的結合，則打破了過去頭戴式「只能讀取信號」及電極式「引發異物反應」的局限，得以實行高精度、低損傷、雙向閉環的神經調控。
頭套式腦機接口的短板在於，採集腦電圖的過程須穿過顱骨、腦膜和頭皮，空間解析度只有厘米級，且相鄰的大腦功能區容易混雜，深層信號基本讀不到。眨眼、咬牙、出汗、頭髮或電極接觸不良都會干擾到神經信號的採集。
而由馬斯克創立的腦機接口公司Neuralink，採用的則是電極陣列技術，規避了頭套式的一些弊端，但微電極放電時，電流會無差別刺激電極周圍的所有神經元、血管及膠質細胞，容易引發副反應，譬如局部痙攣等；其空間解析度也受限於電極排布密度與電流擴散程度。
更要命的是，當用電極在大腦中「寫入」信號時，產生的巨大電噪會掩蓋對腦電信號的「讀取」，因此電極式腦機接口難以做到即時的讀寫閉環。光遺傳學技術的優勢在於讀寫過程的物理介質完全獨立，從根本上消除了兩者之間的干擾。
當然，光遺傳學腦機界面需要在大腦內完成「基因改造＋光敏蛋白表達＋植入式光源／晶片調控」等一系列複合操作，使得該技術在人體臨床試驗時要面對更高的安全門檻。
華人學者深度參與
本屆獲獎者戴瑟羅斯（Karl Deisseroth）、黑格曼（Peter Hegemann）、內格爾（Georg Nagel）。但實際上，對於光遺傳學發展做出重要貢獻的不止他們三位，多名華人學者均有深度參與。
譬如，戴瑟羅斯就是華人科學家錢永佑（錢學森堂侄）的博士後，並長期在後者的史丹福大學實驗室工作。錢永佑完全有資格在戴瑟羅斯後續論文中要求署名。2004年，戴瑟羅斯首次利用通道視紫紅質在神經細胞上實現了毫秒級動作電位的控制，而他的華人學生張峰在基因表達載體工具的開發環節中，也做出了重大貢獻。
此外，美國韋恩州立大學的神經學教授潘卓華同樣在光遺傳學領域深耕多年，他於2000年即構想將光敏蛋白表達在盲人的眼內，以代替視杆細胞和視錐細胞的缺失。其相關研究的投稿時間也早於戴瑟羅斯，但他先是被Nature雜誌拒稿，建議文章改投到旗下子刊Nature Neuroscience，但後者繼續拒絕刊登。2005年初，潘卓華再將文章投到Journal of Neuroscience，再次遭拒稿。最後幾經周折，直到2006年4月在Neuron雜誌發表，但已落後戴瑟羅斯論文刊登八個月之久。
現行的學術出版制度存在諸多弊端，很多科學家都遭遇過不公對待，筆者在今年6月4日刊登的《學術出版為何如此暴利？》一文中曾做過討論。
