Нобелевская премия по физиологии и медицине 2026 года присуждена Карлу Дейссероту (США), Петеру Хегеманну (Германия) и Георгу Нагелю (Германия) «за открытия, связанные со светочувствительными ионными каналами, и работы в области оптогенетики».

Петер Хегеманн. Фото: HU Berlin.

Георг Нагель. Фото: Rudi Merkl/Universität Würzburg.

Карл Дейссерот. Фото: Cmichel67/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Как изучать мозг? Для начала нужно описать его анатомию: форму, размеры, извилины и борозды, отделы и подотделы. Разглядывая в микроскоп его клетки, можно увидеть, что внешне они отличаются друг от друга и что в разных частях мозга разные клетки встречаются в разных пропорциях. Если имеются образцы мозга с повреждениями и аномалиями, то можно попытаться связать их с неврологическими и психическими отклонениями. Нейроны, как известно, генерируют электрохимические импульсы, и эти импульсы удаётся регистрировать с помощью методов электрофизиологии. Например, благодаря ЭЭГ (электроэнцефалографии) видна суммарная электрическая активность мозга в виде различных волн, или ритмов — альфа, бета, гамма и других. Активность определённой группы нейронов можно записать с помощью тончайших электродов, временно внедрённых прямо в живой мозг. Наконец, есть целый комплекс методов магнитно-резонансной томографии (МРТ), когда активность различных участков мозга оценивают по притоку крови к ним. Кстати, и МРТ, и ЭЭГ используются для изучения активности в разных ситуациях: когда мозг бодрствует и когда спит, когда он управляет мышцами и когда пытается что-то запомнить, и так далее и тому подобное. Однако у всех этих методов есть одна проблема. Работа мозга складывается из работы множества нейронов и нейронных цепей, которым достаточно всего лишь доли секунды, чтобы обменяться информацией. Если мы хотим убедиться, что активность конкретных нейронов обуславливает конкретное поведение или эмоцию, или когнитивную функцию, мы должны подействовать именно на эти нейроны, причём в живом мозге, чтобы индивидуум был способен продемонстрировать поведенческую реакцию. Запись суммарных электрических ритмов и эксперименты с МРТ, по большому счёту, являют нам лишь корреляцию между нейрофизиологическими и поведенческими феноменами. От этих корреляций можно добраться до причинно-следственных связей и узнать кое-что о нейронных механизмах работы мозга, но лишь до определённой степени.

Как можно подействовать на нейроны? На нейронной клеточной мембране есть электрический потенциал, так как по обе стороны мембраны разные ионы пребывают в разных концентрациях. За этими концентрациями следят особые мембранные белки — ионные насосы и ионные каналы. Перегруппировка ионов может создать потенциал действия, когда электрические изменения начнут распространяться на соседние участки мембраны и возникнет нейронный импульс. Чтобы вызвать подобную реакцию, надо подействовать чем-то на мембранный аппарат, который распределяет ионы по обе стороны мембраны.

Это воздействие должно быть очень быстрым, потому что если на стимуляцию нейрона уйдёт слишком много времени, будет трудно понять, чем обусловлены его импульсы — этим воздействием или сторонними сигналами (ведь всё это происходит в живом мозге). Кроме того, если задача — подействовать сразу на группу нейронов, то стимул должен достигать их всех одновременно. Реакция должна быть обратимой: когда воздействие прекращается, нейроны без проблем возвращаются в исходное состояние. И, конечно, стимул должен быть специфичным, то есть дей-ствовать только на те нейроны, которые интересуют исследователей. Тут важно помнить, что хотя нейронов существует множество разновидностей, ионные насосы и каналы у них одни на всех.

Нервные клетки непосредственно реа-гируют на электрические импульсы, которые им можно посылать с помощью микроэлектродов. Но на эти импульсы будут отзываться все нейроны, которые находятся рядом с электродом, к какому бы типу они ни принадлежали. Нейроны также непосредственно реагируют на различные химические вещества, в первую очередь на нейромедиаторы. Однако с химическими стимулами тоже возникнет проблема специфичности; кроме того, нейроны могут реагировать на них по-разному из-за различий в локальной концентрации: у одних нейронов стимулирующего вещества будет больше, у других — меньше, потому что вещество до них ещё не додиффундировало. И потом, как остановить такой стимул? Добавлять новое соединение, которое будет перебивать эффект предыдущего? Всё это сложно и ненадёжно. Сами нейроны, конечно, общаются друг с другом нейромедиаторами. Но нервные клетки всё-таки не заливают нейромедиаторами всё вокруг — они у них работают в синапсах, специфических сложных межклеточных контактах.

Слишком медленный свет

В конце 1970-х — начале 1980-х годов Фрэнсис Крик, которого мы знаем как одного из первооткрывателей двуспиральной структуры ДНК, погрузился в нейробиологию. Довольно быстро он пришёл к выводу, что для того, чтобы лучше понять работу мозга и психические феномены, нужно уметь точно воздействовать на определённые группы нейронов. В качестве стимула Крик предложил свет. Предложил сугубо теоретически — эта идея явно опережала своё время. Световые импульсы действительно могли бы стать наиболее подходящим раздражителем для нейронов: свет распространяется быстрее любого нервного сигнала, он одновременно доберётся до всех изучаемых нейронов, и его легко выключить, прекратив стимуляцию. Но прежде нейроны, образно говоря, нужно снабдить «глазами», то есть сделать их чувствительными к свету. Это значит, что фотоны должны как-то действовать на мембранные белки нейронов, управляющие ионными потоками...

№11, 2026