# สวิตช์แสงในสมอง

> สมองของเราทำงานด้วยสัญญาณไฟฟ้าเล็ก ๆ นับไม่ถ้วน เรื่องนี้จะพาไปดูว่าเซลล์ประสาทส่งสัญญาณอย่างไร สาหร่ายสีเขียวเซลล์เดียวรับรู้แสงได้อย่างไร และช่องไอออนที่เปิดด้วยแสงของมันกลายมาเป็นออปโตเจเนติกส์ (optogenetics) วิธีเปิดปิดเซลล์สมองที่เลือกไว้ได้ด้วยแสงวาบเดียว ซึ่งเป็นผลงานเบื้องหลังรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ปี 2026

Interactive film: https://www.planetpast.com/stories/optogenetics-light-switch-brain/?lang=th  
Publisher: PlanetPast (https://www.planetpast.com/) · เผยแพร่ 2026-10-13 · Biology, Technology, Physics

## บทนำ

### สวิตช์แสงในสมอง
*ตุลาคม 2026 · รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์*

นักวิทยาศาสตร์สามคนค้นพบวิธีเปิดและปิดเซลล์สมองที่เลือกไว้ด้วยแสง

วันที่ 5 ตุลาคม 2026 รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ตกเป็นของคาร์ล ไดส์เซอรอท ปีเตอร์ เฮเกมันน์ และเกออร์ก นาเกิล รางวัลนี้มอบให้กับการค้นพบช่องไอออนที่เปิดปิดด้วยแสง และออปโตเจเนติกส์ วิธีสั่งเปิดปิดเซลล์สมองที่เลือกไว้ด้วยแสง สมองของเรามีเซลล์ประสาทราว 86,000 ล้านเซลล์ ส่งสัญญาณหากันด้วยกระแสไฟฟ้าเล็ก ๆ ตลอดเวลา จะเข้าใจว่าแสงวาบเดียวควบคุมเซลล์เหล่านี้ได้อย่างไร ต้องเริ่มจากดูว่าเซลล์ประสาทหนึ่งเซลล์ส่งสัญญาณอย่างไร

บทนำ · ข่าวนี้สำคัญอย่างไร

#### สวิตช์แสงในสมอง

เมื่อวันที่ 5 ตุลาคม 2026 สมัชชาโนเบลแห่งสถาบันคาโรลินสกาประกาศมอบรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ให้คาร์ล ไดส์เซอรอท (มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด) ปีเตอร์ เฮเกมันน์ (มหาวิทยาลัยฮุมโบลดต์แห่งเบอร์ลิน) และเกออร์ก นาเกิล (มหาวิทยาลัยเวิร์ซบวร์ก) “จากการค้นพบเกี่ยวกับช่องไอออนที่ควบคุมด้วยแสงและออปโตเจเนติกส์” ผลงานนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สั่งเปิดหรือปิดการทำงานของเซลล์ประสาทแต่ละชนิดได้ด้วยแสง แม่นยำถึงระดับมิลลิวินาที

- **เซลล์ประสาทในสมองมนุษย์**: ~86,000 ล้าน และมีเซลล์ที่ไม่ใช่เซลล์ประสาทอีกจำนวนใกล้เคียงกัน

- **เงินรางวัล**: 12 ล้านโครนา มอบร่วมกันแก่ผู้ได้รับรางวัลทั้งสาม

- **สรุปแนวคิดในบรรทัดเดียว**: ยืมช่องไอออนที่ไวแสงมาจากสาหร่ายสีเขียว ใส่ยีนของมันเข้าไปในเซลล์ประสาทที่เลือก แล้วฉายแสงวาบให้เซลล์นั้นทำงาน

สมองทางซ้ายวาดเป็นกลุ่มจุด แต่ละจุดแทนเซลล์ประสาทจริงหลายล้านเซลล์ จุดที่กะพริบคือเซลล์ที่กำลังส่งสัญญาณ

วิธีใช้: เลือกบทใต้ภาพ หรือกด ← → เพื่อเปลี่ยนขั้น · ▶ เล่นขั้นนั้น · ลากเพื่อหมุน เลื่อนหรือถ่างนิ้วเพื่อซูม · ปุ่มในกล่องมุมขวาบนให้คุณลองทำการทดลองเอง · “เล่นภาพยนตร์” จะเล่นทุกขั้นแบบเต็มจอ

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [NobelPrize.org: Physiology or Medicine 2026](https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2026/summary/); [NPR (5 Oct 2026)](https://www.stlpr.org/npr/2026-10-05/nobel-medicine-prize-goes-to-3-scientists-for-research-into-brain-activity); [STAT News (5 Oct 2026)](https://www.statnews.com/2026/10/05/nobel-prize-medicine-2026-winner-deisseroth-hegemann-nagel/); [Azevedo et al., J. Comp. Neurol. 2009 (neuron count)](https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19226510/)

## บทที่ I · ประกายไฟฟ้า

### สายไฟที่มีชีวิต
*บทที่ I · เซลล์*

เซลล์ประสาทรับสัญญาณด้วยกิ่งก้าน แล้วส่งคำตอบของมันออกไปตามสายยาวเพียงเส้นเดียว

เซลล์ประสาทคือเซลล์ที่เกิดมาเพื่อส่งข่าวสาร กิ่งก้านที่เรียกว่าเดนไดรต์รับสัญญาณจากเซลล์อื่นนับพัน ถ้าสัญญาณที่เข้ามาแรงพอ เซลล์จะยิงสัญญาณออกไป เป็นพัลส์ที่วิ่งไปตามแอกซอนเส้นยาวสู่เซลล์ถัดไป ที่ปลายแอกซอนตรงไซแนปส์ เซลล์จะปล่อยสารเคมีนำสัญญาณ ซึ่งกระตุ้นหรือยับยั้งเซลล์ข้างเคียง ตัวพัลส์เป็นสัญญาณไฟฟ้า แต่ไม่ได้ส่งด้วยอิเล็กตรอนเหมือนในสายไฟ มันส่งด้วยไอออน

บทที่ I · ขั้นที่ 1

#### สายไฟที่มีชีวิต

เซลล์ประสาทมีส่วนทำงานหลักสามส่วน คือ **เดนไดรต์** (dendrite) กิ่งก้านที่รับสัญญาณ **ตัวเซลล์** ที่รวมสัญญาณทั้งหมด และ **แอกซอน** (axon) สายยาวที่นำสัญญาณของเซลล์ออกไป ที่ปลายแอกซอนมี **ไซแนปส์** (synapse) ส่งต่อข้อความให้เซลล์ถัดไปด้วยสารเคมีที่เรียกว่าสารสื่อประสาท

- สัญญาณเข้ามาที่เดนไดรต์ ดันแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ให้สูงขึ้นหรือต่ำลงเล็กน้อย

- ถ้าแรงดันที่ตัวเซลล์ถึงระดับขีดเริ่ม เซลล์จะยิงพัลส์แบบ “ทั้งหมดหรือไม่มีเลย” เรียกว่าศักยะงาน (action potential)

- พัลส์วิ่งไปตามแอกซอน ปลอกไขมันที่เรียกว่าไมอีลินช่วยให้มันกระโดดข้ามจากช่องว่างหนึ่งไปอีกช่องหนึ่ง เร็วขึ้นและประหยัดพลังงาน

- ที่ไซแนปส์ กลูตาเมตมักกระตุ้นเซลล์ถัดไป ส่วนกาบา (GABA) มักยับยั้ง

กราฟมุมซ้ายบนคือแรงดันไฟฟ้าของตัวเซลล์ ทำให้ช้าลงเพื่อให้มองตามทัน ยอดแหลมสูงแต่ละยอดคือศักยะงานหนึ่งครั้ง

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [Biological Psychology (open textbook): communication within and between neurons](https://rotel.pressbooks.pub/biologicalpsychology1/chapter/communication-within-and-between-neurons/)

### ผิวเซลล์ที่มีประจุ
*บทที่ I · แบตเตอรี่*

เซลล์ประสาททุกเซลล์รักษาภายในให้เป็นลบเล็กน้อย เหมือนแบตเตอรี่จิ๋วที่รอปล่อยไฟ

เซลล์ประสาทห่อหุ้มด้วยเยื่อบาง ๆ ที่เป็นไขมัน อะตอมที่มีประจุซึ่งเรียกว่าไอออน ผ่านเยื่อนี้เองไม่ได้ โปรตีนปั๊มใช้พลังงานดันโซเดียมไอออนออกไปสามตัว ทุกครั้งที่ดึงโพแทสเซียมไอออนเข้ามาสองตัว โซเดียมจึงสะสมอยู่ด้านนอก โพแทสเซียมอยู่ด้านใน และโพแทสเซียมบางส่วนค่อย ๆ รั่วกลับออกไปทางช่องที่เปิดอยู่ ผลคือเกิดความต่างศักย์ ภายในเซลล์ต่ำกว่าด้านนอกราว 70 มิลลิโวลต์ เซลล์ถูกชาร์จไว้พร้อมทำงาน

บทที่ I · ขั้นที่ 2

#### ผิวเซลล์ที่มีประจุ

เยื่อหุ้มเซลล์เป็นโมเลกุลไขมันเรียงกันสองชั้น ไอออนมีประจุไฟฟ้าจึงทะลุชั้นไขมันนี้เองไม่ได้ ต้องผ่านโปรตีนเท่านั้น ได้แก่ **ปั๊ม** ที่ใช้พลังงานขนไอออน และ **ช่องไอออน** ซึ่งเป็นรูที่เปิดปิดได้

**Na⁺ โซเดียม** ส่วนใหญ่อยู่นอกเซลล์
**K⁺ โพแทสเซียม** ส่วนใหญ่อยู่ในเซลล์
**Cl⁻ คลอไรด์** ส่วนใหญ่อยู่นอกเซลล์

- **ปั๊มโซเดียม–โพแทสเซียม**: ออก 3 : เข้า 2 ใช้ ATP ซึ่งเป็นพลังงานของเซลล์

- **ศักย์ไฟฟ้าขณะพัก**: ราว −70 mV ภายในเทียบกับภายนอก

กด “เดินปั๊ม” เพื่อดูการทำงานหนึ่งรอบ ไอออนในภาพวาดให้ใหญ่และน้อยกว่าของจริงมาก

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [Biological Psychology (open textbook): communication within and between neurons](https://rotel.pressbooks.pub/biologicalpsychology1/chapter/communication-within-and-between-neurons/)

### ยอดแหลมของสัญญาณ
*บทที่ I · ปี 1952*

ในเวลาราวหนึ่งมิลลิวินาที ประตูบนเยื่อหุ้มเซลล์เปิดแล้วปิด แรงดันไฟฟ้าแกว่งไปถึงร้อยมิลลิโวลต์

เมื่อแรงดันถูกดันขึ้นถึงขีดเริ่มราวลบ 55 มิลลิโวลต์ ช่องโซเดียมที่ไวต่อแรงดันไฟฟ้าจะดีดเปิดทันที โซเดียมทะลักเข้ามา ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งมิลลิวินาที ภายในเซลล์พลิกเป็นบวกราว 40 มิลลิโวลต์ จากนั้นช่องโพแทสเซียมเปิด โพแทสเซียมไหลออก แรงดันจึงตกกลับลงมา พัลส์แบบทั้งหมดหรือไม่มีเลยนี้คือศักยะงาน ปี 1952 อลัน ฮอดจ์กิน และแอนดรูว์ ฮักซ์ลีย์ ไขกลไกนี้ได้จากเส้นใยประสาทยักษ์ของปลาหมึก และได้รับรางวัลโนเบลในปี 1963

บทที่ I · ขั้นที่ 3 · ปี 1952

#### ยอดแหลมของสัญญาณ

ศักยะงานคือการกลับขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่เยื่อหุ้มเซลล์ชั่วขณะ มันเป็นแบบ **ทั้งหมดหรือไม่มีเลย** ถ้าไม่ถึงขีดเริ่มก็ไม่เกิดอะไร แต่ถ้าถึงเมื่อไร เซลล์จะยิงสัญญาณเต็มขนาดทุกครั้ง

- **ขีดเริ่ม** (ราว −55 mV): ช่องโซเดียมที่ไวต่อแรงดันไฟฟ้าเปิด

- **ช่วงขาขึ้น**: Na⁺ ทะลักเข้า ภายในเซลล์ขึ้นไปถึงราว +40 mV

- **ช่วงขาลง**: ช่องโซเดียมปิด ช่องโพแทสเซียมเปิด K⁺ ไหลออก

- **ฟื้นตัว**: แรงดันจุ่มต่ำกว่าระดับพักเล็กน้อย แล้วปั๊มจะคืนสมดุล

อลัน ฮอดจ์กิน และแอนดรูว์ ฮักซ์ลีย์ วัดกระแสไอออนเหล่านี้ในแอกซอนยักษ์ของปลาหมึก แล้วอธิบายด้วยชุดสมการที่ตีพิมพ์ในปี 1952 ทั้งสองได้รับรางวัลโนเบลปี 1963 ร่วมกับจอห์น เอกเคิลส์ จากการค้นพบกลไกของไอออนในการกระตุ้นและยับยั้งเซลล์ประสาท ลองกด “กระตุ้น” เพื่อยิงสัญญาณเอง

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [Biological Psychology (open textbook): communication within and between neurons](https://rotel.pressbooks.pub/biologicalpsychology1/chapter/communication-within-and-between-neurons/); [NobelPrize.org: Physiology or Medicine 1963](https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1963/); [University of Cambridge: Hodgkin and Huxley](https://www.pdn.cam.ac.uk/about-us/history/centenary/alan-hodgkin-and-andrew-huxley)

## บทที่ II · โจทย์ที่ยาก

### เครื่องมือที่หยาบเกินไป
*บทที่ II · โจทย์ที่ยาก*

จะรู้ว่าเซลล์ชนิดหนึ่งทำหน้าที่อะไร ต้องสั่งเปิดเฉพาะเซลล์ชนิดนั้น และไม่แตะชนิดอื่นเลย

เป็นเวลานาน วิธีหลักที่ใช้สั่งให้เซลล์ประสาททำงาน คือปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปในสมองผ่านขั้วไฟฟ้าโลหะ แต่กระแสไฟฟ้าเลือกไม่ได้ มันกระตุ้นทุกเซลล์ที่อยู่ใกล้ปลายขั้ว รวมถึงเส้นใยประสาทที่แค่ผ่านมาด้วย ยาเลือกเป้าหมายได้ดีกว่า แต่ออกฤทธิ์เป็นนาที ช้าเกินกว่าจะตามเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในระดับมิลลิวินาที ปี 1979 ฟรานซิส คริก เขียนไว้ว่า ความท้าทายสำคัญของประสาทวิทยาคือการควบคุมเซลล์ชนิดเดียวทั้งหมด โดยแทบไม่กระทบเซลล์ชนิดอื่น

บทที่ II · ขั้นที่ 4

#### เครื่องมือที่หยาบเกินไป

ในสมองมีเซลล์ประสาทหลายชนิดอยู่ปะปนกัน เชื่อมต่อกันเป็นวงจร ถ้าอยากรู้ว่าเซลล์ชนิดหนึ่งทำอะไร ก็ต้องสั่งเปิดเฉพาะเซลล์ชนิดนั้นในจังหวะที่ต้องการพอดี แล้วดูว่าอะไรเปลี่ยนไป

- **ขั้วไฟฟ้า**: เร็วแต่ไม่เลือก กระตุ้นทุกเซลล์และทุกเส้นใยใกล้ปลายขั้ว

- **ยา**: เลือกได้แต่ช้า ใช้เวลาเป็นนาทีกว่าจะออกฤทธิ์และหมดฤทธิ์

- **สิ่งที่ยังขาด**: สวิตช์ที่ทั้งเร็ว (ระดับมิลลิวินาที) และเจาะจง (เซลล์ชนิดเดียว) ฟรานซิส คริก เสนอในปี 1979 ว่าแสงอาจให้ความแม่นยำแบบนี้ได้ในสักวัน

ในภาพ ขั้วไฟฟ้าทำให้ทุกจุดรอบปลายขั้วสว่างขึ้นโดยไม่สนว่าเป็นเซลล์ชนิดใด กด “เปิด/ปิดกระแส” เพื่อลองดู

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [Wikipedia: Optogenetics](https://en.wikipedia.org/wiki/Optogenetics); [Boyden, Zhang, Bamberg, Nagel & Deisseroth, Nature Neuroscience 2005](https://www.media.mit.edu/publications/millisecond-timescale-genetically-targeted-optical-control-of-neural-activity-1/)

## บทที่ III · ดวงตาของสาหร่าย

### ดวงตาในเซลล์เดียว
*บทที่ III · สาหร่ายสีเขียว*

สาหร่ายจิ๋วคลาไมโดโมแนสว่ายเข้าหาแสง เซลล์ที่ไม่มีระบบประสาทมองเห็นได้อย่างไร

คำตอบมาจากที่ที่ไม่มีใครคาดคิด คือสาหร่ายในบ่อน้ำชื่อคลาไมโดโมแนส เซลล์สีเขียวเซลล์เดียวที่ว่ายน้ำด้วยแฟลเจลลัมสองเส้น มันบังคับทิศเข้าหาแสงด้วยจุดตาสีส้มเล็ก ๆ ปีเตอร์ เฮเกมันน์ ตั้งใจค้นหาตัวรับแสงที่อยู่เบื้องหลังจุดตานั้น เช่นเดียวกับดวงตาของเรา มันใช้โรดอปซิน โปรตีนที่อุ้มโมเลกุลจับแสงชื่อเรตินัล ซึ่งสร้างจากวิตามินเอ เมื่อแสงตกกระทบ เรตินัลจะเปลี่ยนรูปร่างแทบจะทันที และโปรตีนรอบ ๆ ก็ตอบสนองตาม

บทที่ III · ขั้นที่ 5

#### ดวงตาในเซลล์เดียว

*Chlamydomonas reinhardtii* เป็นสาหร่ายสีเขียวเซลล์เดียว ขนาดราวหนึ่งในร้อยของมิลลิเมตร ว่ายน้ำด้วยแฟลเจลลัมสองเส้นแบบท่ากบ และบังคับทิศเข้าหาแสงที่เหมาะกับการสังเคราะห์ด้วยแสง แถบเม็ดสีสีส้มที่เรียกว่า **จุดตา** (eyespot) บังแสงให้เยื่อรับแสงด้านหนึ่ง เมื่อเซลล์หมุนตัวไปเรื่อย ๆ จึงบอกได้ว่าแสงมาจากทางไหน

- ปีเตอร์ เฮเกมันน์ ศึกษาการรับรู้แสงของสาหร่ายชนิดนี้ ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1990 ที่สถาบันมักซ์พลังค์

- ตัวรับแสงของมันคือโรดอปซิน โปรตีนที่จับเรตินัล โมเลกุลที่เป็นญาติกับวิตามินเอ และใช้ในดวงตาของสัตว์ด้วย

- เมื่อดูดกลืนแสง เรตินัลจะพลิกรูปร่าง (จาก *all-trans* เป็น *13-cis*) ทำให้โปรตีนเปลี่ยนตาม

ในภาพ จุดตาจะสว่างขึ้นเมื่อหันเข้าหาแสง ขนาดและความเร็วไม่ได้สัดส่วนจริง

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [STAT News (5 Oct 2026)](https://www.statnews.com/2026/10/05/nobel-prize-medicine-2026-winner-deisseroth-hegemann-nagel/); [Nagel et al., PNAS 2003 (channelrhodopsin-2)](https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC283525)

### ช่องไอออนที่เปิดด้วยแสง
*บทที่ III · 2002–2003*

ตัวรับแสงของสาหร่ายกลายเป็นรูบนเยื่อหุ้มเซลล์ ที่แสงสั่งเปิดได้โดยตรง

เกออร์ก นาเกิล ทำงานร่วมกับแอนสท์ บัมแบร์ก ที่แฟรงก์เฟิร์ต นำยีนของสาหร่ายใส่เข้าไปในไข่กบ เพื่อทดสอบว่าโปรตีนเหล่านั้นทำอะไร ปี 2002 พวกเขาร่วมกับเฮเกมันน์ แสดงว่าแชนเนลโรดอปซิน-1 เป็นช่องไอออนที่แสงสั่งเปิดได้โดยตรง และปี 2003 ก็พบแชนเนลโรดอปซิน-2 เมื่อฉายแสงสีฟ้าราว 460 นาโนเมตร รูของมันเปิดภายในเสี้ยวมิลลิวินาที ไอออนบวกอย่างโซเดียมก็ไหลทะลักเข้ามา ไม่ต้องมีชิ้นส่วนอื่นเลย แสงเข้า กระแสไหล มันทำงานได้ทั้งในไข่กบ และในเซลล์มนุษย์ที่เลี้ยงในจานทดลอง

บทที่ III · ขั้นที่ 6 · 2002–2003

#### ช่องไอออนที่เปิดด้วยแสง

ก่อนหน้านั้น เกออร์ก นาเกิล กับแอนสท์ บัมแบร์ก แห่งสถาบันชีวฟิสิกส์มักซ์พลังค์ เคยแสดงว่าโรดอปซินของจุลินทรีย์ทำงานในไข่กบได้ เมื่อร่วมกับเฮเกมันน์ทดสอบยีนโรดอปซินของสาหร่าย ก็พบสิ่งใหม่ คือแชนเนลโรดอปซิน-1 (2002) และแชนเนลโรดอปซิน-2 (2003) เป็น **ช่องไอออนที่แสงสั่งเปิดได้โดยตรง**

- **เปิดด้วย**: แสงสีฟ้า ตอบสนองสูงสุดราว 460 นาโนเมตร

- **เวลาเปิด**: วัดได้ราว 200 ไมโครวินาทีหรือเร็วกว่า

- **ให้ผ่าน**: ไอออนบวก เช่น Na⁺ K⁺ และ Ca²⁺ แต่ไม่ให้ไอออนลบผ่าน

- **ชิ้นส่วนที่ต้องใช้**: หนึ่ง โปรตีนตัวเดียว เซลล์มีเรตินัลอยู่แล้วหรือเติมให้ได้

เพราะยีนเดียวสร้างสวิตช์ได้ครบทั้งตัว จึงย้ายไปใส่ในเซลล์แทบทุกชนิดได้ กด “แสงสีฟ้า” เพื่อเปิดช่องแล้วดูแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [Nagel et al., PNAS 2003 (channelrhodopsin-2)](https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC283525); [Wikipedia: Georg Nagel](https://en.wikipedia.org/wiki/Georg_Nagel); [STAT News (5 Oct 2026)](https://www.statnews.com/2026/10/05/nobel-prize-medicine-2026-winner-deisseroth-hegemann-nagel/)

## บทที่ IV · สวิตช์แสง

### แสงกลายเป็นสวิตช์
*บทที่ IV · 2005*

ยีนจากสาหร่ายถูกใส่เข้าไปในเซลล์ประสาทของหนู แสงสีฟ้าแต่ละวาบทำให้เซลล์ยิงสัญญาณตามทุกครั้ง

ที่สแตนฟอร์ด คาร์ล ไดส์เซอรอท จิตแพทย์และวิศวกรชีวภาพ ต้องการวิธีควบคุมเซลล์สมองที่เลือกไว้ได้โดยตรง ทีมของเขาร่วมกับเอ็ด บอยเดน เฟิง จาง นาเกิล และบัมแบร์ก ใช้ไวรัสที่ไม่ก่อโรคพายีนแชนเนลโรดอปซิน-2 เข้าไปในเซลล์ประสาทของหนู แสงสีฟ้าแต่ละวาบทำให้เซลล์ประสาทยิงสัญญาณ แม่นยำระดับมิลลิวินาที ผลงานตีพิมพ์ในเดือนสิงหาคม 2005 นี่คือออปโตเจเนติกส์ ใช้ยีนทำให้เซลล์ไวต่อแสง และใช้ระบบแสงส่งแสงไปในจังหวะที่ต้องการพอดี

บทที่ IV · ขั้นที่ 7 · 2005

#### แสงกลายเป็นสวิตช์

เดือนสิงหาคม 2005 เอ็ดเวิร์ด บอยเดน เฟิง จาง แอนสท์ บัมแบร์ก เกออร์ก นาเกิล และคาร์ล ไดส์เซอรอท รายงานในวารสาร *Nature Neuroscience* ว่าเซลล์ประสาทที่มีแชนเนลโรดอปซิน-2 ซึ่งส่งเข้าไปด้วยเลนติไวรัส จะยิงสัญญาณตามแสงสีฟ้าที่วาบสั้น ๆ ได้อย่างแม่นยำระดับมิลลิวินาที แสงจึงควบคุมได้ทั้งสัญญาณกระตุ้นและสัญญาณยับยั้งระหว่างเซลล์

- **ยีน**: พิมพ์เขียวของแชนเนลโรดอปซิน-2

- **การนำส่ง**: ไวรัสที่ถูกทำให้ไม่ก่อโรคพายีนเข้าไปในเซลล์ประสาท เซลล์จึงสร้างช่องไอออนนี้บนเยื่อหุ้มของตัวเอง

- **แสง**: แสงสีฟ้าวาบเดียวเปิดช่อง ไอออนบวกไหลเข้า เซลล์ประสาทถึงขีดเริ่มแล้วยิงสัญญาณ

ยังมีทีมอื่นแข่งกันอยู่ด้วย ปี 2002 ทีมของเกโร มีเซนเบิค ทำให้เซลล์ประสาทตอบสนองต่อแสงได้โดยใช้ยีนแมลงหวี่สามยีน แต่แชนเนลโรดอปซินทำได้ด้วยยีนเดียวและเร็วกว่า ลองกด “แสงวาบสีฟ้า” และ “แสงเป็นชุด” เพื่อสั่งให้เซลล์ยิงสัญญาณ

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [Boyden, Zhang, Bamberg, Nagel & Deisseroth, Nature Neuroscience 2005](https://www.media.mit.edu/publications/millisecond-timescale-genetically-targeted-optical-control-of-neural-activity-1/); [Zemelman, Lee, Ng & Miesenböck, Neuron 2002](https://synapse.mskcc.org/synapse/works/67102); [Wikipedia: Karl Deisseroth](https://en.wikipedia.org/wiki/Karl_Deisseroth); [STAT News (5 Oct 2026)](https://www.statnews.com/2026/10/05/nobel-prize-medicine-2026-winner-deisseroth-hegemann-nagel/)

### สวิตช์ปิดก็มีด้วย
*บทที่ IV · 2007*

โปรตีนอีกตัวจากจุลินทรีย์ที่ชอบความเค็ม ทำให้เซลล์ประสาทเงียบลงได้ด้วยแสงสีเหลือง

สวิตช์เปิดอย่างเดียวยังเป็นเครื่องมือได้แค่ครึ่งเดียว นักวิทยาศาสตร์ต้องการวิธีปิดเซลล์ประสาทด้วย พวกเขาพบมันในฮาโลโรดอปซิน จากจุลินทรีย์ที่อยู่ในน้ำเค็มจัด แสงสีเหลืองทำให้มันปั๊มคลอไรด์ไอออนเข้าเซลล์ ประจุลบที่เพิ่มขึ้นดึงแรงดันให้ต่ำลงอีก เซลล์ประสาทจึงไปไม่ถึงขีดเริ่ม และเงียบอยู่อย่างนั้น ภายในปี 2007 ห้องแล็บต่าง ๆ ใส่โปรตีนทั้งสองตัวไว้ในเซลล์เดียวกันได้ แสงสีฟ้าเปิด แสงสีเหลืองปิด

บทที่ IV · ขั้นที่ 8 · 2007

#### สวิตช์ปิดก็มีด้วย

ฮาโลโรดอปซินมาจาก *Natronomonas pharaonis* จุลินทรีย์ที่อาศัยในทะเลสาบน้ำเค็มจัด มันเป็น **ปั๊ม** ที่ใช้แสงขับเคลื่อน ขนคลอไรด์ไอออน (Cl⁻) เข้าเซลล์ ในปี 2007 ห้องแล็บของบอยเดนและของไดส์เซอรอทต่างแสดงว่ามันทำให้เซลล์ประสาทเงียบได้

- **สวิตช์เปิด**: ChR2 แสงสีฟ้า (~470 nm) · ให้ไอออนบวกเข้า

- **สวิตช์ปิด**: NpHR แสงสีเหลือง (~560 nm ในงานวิจัยปี 2007) · ปั๊ม Cl⁻ เข้า

ลองเปิด “แสงสีเหลือง” แล้วกด “แสงวาบสีฟ้า” แสงสีฟ้ายังดันแรงดันขึ้นได้บ้าง แต่ไม่พอจะถึงขีดเริ่มอีกต่อไป สองสี สองทิศทาง ในเซลล์เดียวกัน

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [Han & Boyden, PLoS ONE 2007 (halorhodopsin)](https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC1808431); [Wikipedia: Optogenetics](https://en.wikipedia.org/wiki/Optogenetics)

## บทที่ V · ในสมองจริง

### เฉพาะเซลล์ที่คุณเลือก
*บทที่ V · หลักการทำงาน*

สวิตช์ทางพันธุกรรมกำหนดว่าเซลล์ไหนสร้างโปรตีนไวแสง ส่วนเส้นใยนำแสงกำหนดว่าแสงจะไปที่ไหน

ในการทดลองจริง ยีนของช่องไอออนไวแสงจะถูกจับคู่กับโปรโมเตอร์ ซึ่งเป็นช่วงดีเอ็นเอที่ทำงานเฉพาะในเซลล์ชนิดเดียว ไวรัสพายีนนี้เข้าไปในสมองบริเวณเล็ก ๆ บริเวณเดียว มีเพียงเซลล์ชนิดที่เลือกเท่านั้นที่สร้างช่องไอออนขึ้นมา จากนั้นเส้นใยนำแสงที่บางเท่าเส้นผม จะนำแสงเข้าไปยังบริเวณนั้น ขณะที่สัตว์ทดลองเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระ เมื่อเปิดแสง มีเพียงเซลล์ที่ถูกติดป้ายเท่านั้นที่ตอบสนอง เซลล์ข้างเคียงที่ห่างไปไม่กี่ในพันมิลลิเมตรยังทำงานตามปกติ

บทที่ V · ขั้นที่ 9

#### เฉพาะเซลล์ที่คุณเลือก

ความแม่นยำของออปโตเจเนติกส์มาจากสองทางพร้อมกัน **พันธุกรรม** เลือกว่าเซลล์ไหนตอบสนองได้ และ **ระบบแสง** เลือกว่าแสงจะไปถึงที่ไหน เมื่อไร

- **โปรโมเตอร์**: สวิตช์ดีเอ็นเอที่เปิดเฉพาะในเซลล์ชนิดเดียว เช่น เซลล์ที่สร้างสารสื่อประสาทชนิดหนึ่ง

- **ไวรัส**: ฉีดเข้าไปในสมองบริเวณเดียว พายีนเข้าสู่เซลล์ในบริเวณนั้น

- **เส้นใยนำแสง**: ฝังไว้เหนือบริเวณเป้าหมาย นำแสงเลเซอร์หรือแอลอีดีเข้าไป อุปกรณ์แสงต่อเส้นใยสำหรับสัตว์ที่เคลื่อนไหวอิสระเริ่มใช้ในปี 2007

- **ผลลัพธ์**: แสงเปิดหรือปิดเซลล์ที่เลือกได้ภายในมิลลิวินาที เซลล์อื่นที่อยู่ใกล้ ๆ ไม่ถูกรบกวน

งานวิจัยส่วนใหญ่ทำในหนูทดลอง ในภาพ เซลล์ที่ถูกติดป้ายแสดงเป็นสีเขียวอมฟ้า กด “เปิด/ปิดแสง” เพื่อเทียบกับขั้วไฟฟ้าในบทที่ II

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [Wikipedia: Optogenetics](https://en.wikipedia.org/wiki/Optogenetics); [Boyden, Zhang, Bamberg, Nagel & Deisseroth, Nature Neuroscience 2005](https://www.media.mit.edu/publications/millisecond-timescale-genetically-targeted-optical-control-of-neural-activity-1/)

### อ่านแผนผังวงจรสมอง
*บทที่ V · สองทศวรรษแห่งการค้นพบ*

ห้องแล็บทั่วโลกใช้ออปโตเจเนติกส์หาคำตอบว่าเซลล์ไหนเป็นต้นเหตุของพฤติกรรมไหน

นับจากนั้น ออปโตเจเนติกส์แพร่ไปยังห้องแล็บทั่วโลก ส่วนใหญ่ใช้กับหนู แมลงหวี่ หนอน และปลา แต่ก่อน นักวิทยาศาสตร์ทำได้หลัก ๆ แค่ดูว่าเซลล์ไหนทำงานระหว่างพฤติกรรมหนึ่ง ตอนนี้พวกเขาสั่งเปิดหรือปิดเซลล์เหล่านั้น แล้วดูว่าอะไรเปลี่ยนไป นี่เปลี่ยนความสัมพันธ์ให้กลายเป็นเหตุและผล มันถูกใช้ศึกษาวงจรของความจำ ความกลัว รางวัล การเคลื่อนไหว การนอน และความหิว มันยังช่วยนักวิจัยศึกษาว่าวงจรสมองเปลี่ยนไปอย่างไรในโรคพาร์กินสัน การเสพติด และภาวะซึมเศร้า

บทที่ V · ขั้นที่ 10

#### อ่านแผนผังวงจรสมอง

การบันทึกสัญญาณบอกได้ว่าเซลล์ไหนทำงาน *ตอนที่* บางอย่างเกิดขึ้น แต่ออปโตเจเนติกส์ทดสอบได้ว่าเซลล์เหล่านั้น *เป็นต้นเหตุ* หรือไม่ สั่งเปิดแล้วดูว่าพฤติกรรมเกิดขึ้นไหม สั่งปิดแล้วดูว่ามันหายไปหรือเปล่า

- ความจำ กระตุ้นหรือปิดเซลล์ในฮิปโปแคมปัส เพื่อทดสอบว่าความจำถูกเก็บและเรียกคืนอย่างไร

- อารมณ์ วงจรที่ผ่านอะมิกดะลา ซึ่งเกี่ยวกับความกลัวและความวิตกกังวล

- รางวัล เซลล์โดพามีนในสมองส่วนกลางและแรงจูงใจที่มันขับเคลื่อน

- การเคลื่อนไหว วงจรของสมองส่วนสั่งการและเบซัลแกงเกลีย ซึ่งสำคัญต่อการเข้าใจโรคพาร์กินสัน

บริเวณที่ไฮไลต์ในภาพเป็นตำแหน่งโดยประมาณบนสมองแบบย่อ และการทดลองส่วนใหญ่ทำในหนู ไม่ใช่ในคน กด “วงจรถัดไป” เพื่อย้ายเส้นใยนำแสง

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [NobelPrize.org: Physiology or Medicine 2026](https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2026/summary/); [STAT News (5 Oct 2026)](https://www.statnews.com/2026/10/05/nobel-prize-medicine-2026-winner-deisseroth-hegemann-nagel/); [Wikipedia: Optogenetics](https://en.wikipedia.org/wiki/Optogenetics)

## บทที่ VI · สู่การแพทย์

### แสงสำหรับดวงตาที่บอด
*บทที่ VI · 2021*

รายงานแรกที่ผู้ป่วยได้การมองเห็นกลับคืนมาบางส่วนด้วยออปโตเจเนติกส์

การใช้ออปโตเจเนติกส์ส่วนใหญ่ยังอยู่ในงานวิจัย แต่ในดวงตา แสงเข้าถึงเซลล์ได้เองโดยไม่ต้องผ่าตัดฝังเส้นใยนำแสง ในโรคจอประสาทตาเสื่อมชนิดเรตินิติส พิกเมนโตซา เซลล์รับแสงของตาจะตายไป แต่เซลล์จอตาอีกชนิดคือเซลล์แกงเกลียนยังอยู่ ในงานวิจัยที่ตีพิมพ์ปี 2021 ชายตาบอดคนหนึ่งได้รับยีนของ ChrimsonR แชนเนลโรดอปซินที่ไวต่อแสงสีอำพัน ในตาข้างหนึ่ง เมื่อสวมแว่นที่แปลงภาพตรงหน้าเป็นแสงสีอำพัน เขาหาและแตะสมุดเล่มใหญ่บนโต๊ะได้ 36 ครั้งจาก 39 ครั้ง

บทที่ VI · ขั้นที่ 11 · 2021

#### แสงสำหรับดวงตาที่บอด

เดือนพฤษภาคม 2021 ทีมวิจัยจากปารีส พิตต์สเบิร์ก และบาเซิล รายงานในวารสาร *Nature Medicine* ถึงการฟื้นการมองเห็นบางส่วนในชายที่ตาบอดจากโรคเรตินิติส พิกเมนโตซา (retinitis pigmentosa) โรคทางพันธุกรรมที่ทำลายเซลล์รับแสงของตา ยีนบำบัดทำให้เซลล์แกงเกลียนในจอตาที่ยังเหลืออยู่สร้าง ChrimsonR ขึ้นมา แว่นที่มีกล้องจะฉายภาพลงบนจอตาเป็นแสงสีอำพัน ซึ่งถนอมจอตามากกว่าแสงสีฟ้า

- **หาและแตะสมุดเล่มใหญ่**: 36 / 39 92% ของการทดสอบ เมื่อสวมแว่น

- **กล่องลวดเย็บกระดาษเล็ก ๆ**: 36% ของการทดสอบ

- **นับแก้วน้ำ**: 63% ตอบถูก

- **ตรวจคลื่นสมอง**: 78% ตัวถอดรหัส EEG บอกได้ว่ามีแก้ววางอยู่หรือไม่

นี่เป็นผู้ป่วยรายเดียวในการทดลองระยะแรก แสดงว่าแนวคิดนี้ใช้ได้ในมนุษย์ แต่ยังไม่ใช่การรักษาให้หายขาด จอตาในภาพเป็นแบบย่อ

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [IOB Basel press release on Sahel et al., Nature Medicine 2021](https://iob.ch/?p=3911); [Wikipedia: Optogenetics](https://en.wikipedia.org/wiki/Optogenetics)

## บทส่งท้าย

### จากสาหร่ายในบ่อสู่สมอง
*บทส่งท้าย*

คำถามว่าสาหร่ายว่ายเข้าหาแสงได้อย่างไร กลายมาเป็นหนึ่งในเครื่องมือทรงพลังที่สุดของชีววิทยา

ออปโตเจเนติกส์เติบโตมาจากความอยากรู้ว่าสาหร่ายในบ่อหาแสงเจอได้อย่างไร ไม่มีใครตั้งใจจะสร้างเครื่องมือศึกษาสมองตั้งแต่แรก มีคนอีกมากที่ร่วมสร้างมันขึ้นมา เช่น แอนสท์ บัมแบร์ก เอ็ด บอยเดน เฟิง จาง และเกโร มีเซนเบิค ผู้ทำให้เซลล์ประสาทตอบสนองต่อแสงได้เป็นคนแรกในปี 2002 รางวัลโนเบลมอบร่วมกันได้ไม่เกินสามคน ปีนี้รางวัลยกย่องช่องไอออนที่เปิดด้วยแสง และวิธีการที่สร้างขึ้นจากมัน วันนี้ แสงวาบเดียวถามเซลล์สมองชนิดหนึ่งได้ว่า เธอทำหน้าที่อะไร และสมองก็ตอบกลับมา

บทส่งท้าย

#### จากสาหร่ายในบ่อสู่สมอง

เส้นทางสู่ออปโตเจเนติกส์ผ่านงานวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่ไม่ได้มีเป้าหมายทางการแพทย์เลย คือคำถามว่าสาหร่ายเซลล์เดียวรับรู้แสงอย่างไร และไอออนข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างไร เมื่อผสานกับพันธุศาสตร์ ไวรัส และเส้นใยนำแสง มันจึงกลายเป็นเครื่องมือที่ห้องแล็บทั่วโลกใช้อยู่ทุกวันนี้

- 1952 ฮอดจ์กินและฮักซ์ลีย์อธิบายศักยะงาน

- 1979 ฟรานซิส คริก ชี้ว่าต้องควบคุมเซลล์ชนิดเดียวให้ได้

- 2002 แชนเนลโรดอปซิน-1 และเซลล์ประสาทที่ควบคุมด้วยแสงของมีเซนเบิค

- 2003 แชนเนลโรดอปซิน-2

- 2005 แสงสีฟ้าสั่งเซลล์ประสาทได้ด้วยแชนเนลโรดอปซิน-2

- 2007 ฮาโลโรดอปซินเพิ่มสวิตช์ปิด

- 2021 ผู้ป่วยตาบอดหนึ่งรายได้การมองเห็นคืนมาบางส่วน

- 2026 รางวัลโนเบลแก่ไดส์เซอรอท เฮเกมันน์ และนาเกิล

การให้เครดิตในวิทยาศาสตร์ไม่ค่อยง่ายนัก มีผู้ตั้งข้อสังเกตถึงบทบาทของคนอื่น ๆ ด้วย เช่น เอ็ด บอยเดน แอนสท์ บัมแบร์ก เกโร มีเซนเบิค และจัว-ฮวา ผาน ผู้ทดลองใช้แชนเนลโรดอปซินในเซลล์จอตา กติกาของโนเบลจำกัดผู้รับรางวัลไว้ไม่เกินสามคนต่อสาขา

ภาพนิ่งบนการ์ดบทต่าง ๆ สร้างด้วย AI เป็นภาพประกอบ ไม่ใช่ภาพถ่ายหรือภาพจากกล้องจุลทรรศน์ ฉากสามมิติเป็นแบบจำลองอย่างง่ายและไม่ได้สัดส่วนจริง

แหล่งข้อมูล (ภาษาอังกฤษ): [NobelPrize.org: Physiology or Medicine 2026](https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2026/summary/); [STAT News (5 Oct 2026)](https://www.statnews.com/2026/10/05/nobel-prize-medicine-2026-winner-deisseroth-hegemann-nagel/); [Wikipedia: Optogenetics](https://en.wikipedia.org/wiki/Optogenetics); [Zemelman, Lee, Ng & Miesenböck, Neuron 2002](https://synapse.mskcc.org/synapse/works/67102); [NobelPrize.org: Physiology or Medicine 1963](https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1963/)