Karl Deisseroth, bác sĩ tâm thần điều khiển tế bào não bằng ánh sáng, đoạt giải Nobel

Karl Deisseroth

Photo: Christopher Michel / CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Sinh	18 tháng 11, 1971 Boston, Massachusetts, United States
Nghề nghiệp	Bác sĩ tâm thần và nhà khoa học thần kinh
Giải thưởng	Giải thưởng Albany Medical Center · Giải thưởng Dickson trong Y học · Giải thưởng Massry

Phần lớn các chủ nhân giải Nobel Y học đã ngừng điều trị bệnh nhân từ lâu trước khi điện thoại từ Stockholm reo. Karl Deisseroth thì chưa bao giờ làm vậy. Nhà khoa học Stanford, người mở ra cho ngành thần kinh học cách bật tắt những tế bào não được chọn bằng một chớp sáng xanh, vẫn ngồi đối diện những người mắc bệnh tâm thần nghiêm trọng và lắng nghe họ cố diễn đạt những trạng thái khó lòng mô tả thành lời. Ông nói những cuộc trò chuyện ấy trực tiếp gợi mở cho các thí nghiệm tiếp theo trong phòng lab. Giải Nobel mà ông vừa được trao cùng các đồng nghiệp tôn vinh công cụ này. Còn phòng khám là nơi những câu hỏi mà công cụ ấy được tạo ra để trả lời vẫn tiếp tục xuất hiện.

Phương pháp này có tên optogenetics, thuật ngữ do chính ông đặt ra. Nó sử dụng channelrhodopsin, một loại protein từ tảo lục đơn bào, có khả năng mở một lỗ xuyên màng khi gặp ánh sáng. Đưa gene mã hóa protein ấy vào một nhóm neuron được chọn, các tế bào đó sẽ phát xung theo lệnh với độ chính xác đến từng mili giây, trong khi những tế bào lân cận vẫn im lặng. Với một ngành khoa học đã dành nhiều thế hệ để liên hệ các vùng não với hành vi bằng cách quan sát những gì bị phá vỡ khi chúng tổn thương, phương pháp này giúp nhà nghiên cứu cuối cùng có thể đặt ra một câu hỏi về quan hệ nhân quả: bật mạch thần kinh này lên thì con vật sẽ làm gì? “Chúng tôi không dùng ánh sáng để thu thập thông tin, mà dùng ánh sáng để khiến mọi thứ xảy ra,” ông nói với STAT vào buổi sáng công bố giải thưởng.

Deisseroth sinh tại Boston ngày 18 tháng 11 năm 1971, là con trai của bác sĩ ung bướu Albert Deisseroth, và tốt nghiệp trung học tại St. John’s School ở Houston năm 1988. Ông theo học ngành khoa học hóa sinh tại Harvard, tốt nghiệp năm 1992, rồi chuyển về phía tây đến Stanford, nơi ông lấy bằng tiến sĩ thần kinh học năm 1998 trong phòng thí nghiệm của Richard Tsien và bằng y khoa năm 2000. Ông từng nói rằng khi bắt đầu học y, tâm thần học thậm chí còn chưa nằm trong dự tính của mình. Kỳ thực tập nội trú đã làm thay đổi điều đó. Tại các khoa điều trị, ông gặp những tình trạng mà giới chuyên môn có thể mô tả rất chi tiết nhưng chỉ giải thích một cách mơ hồ; khoảng cách giữa hai điều ấy trở thành định hướng nghiên cứu của ông.

Ông mở phòng thí nghiệm riêng tại Stanford năm 2004. Tháng 7 năm đó, sổ tay của ông ghi lại hoạt động đầu tiên được kích hoạt bằng ánh sáng ở các neuron mang channelrhodopsin, loại protein mà Peter Hegemann và Georg Nagel đã nghiên cứu, mô tả ở tảo. Bài báo được đăng trên Nature Neuroscience năm 2005, với Ed Boyden là tác giả thứ nhất và Feng Zhang, Ernst Bamberg cùng Nagel là đồng tác giả. Cũng trong năm đó, Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ trao cho ông Giải Pioneer của Giám đốc. Ông đặt tên cho lĩnh vực này vào năm 2006, và đến năm 2007, công tắc ánh sáng đã hoạt động bên trong não chuột sống. Năm 2010, tạp chí Nature Methods chọn optogenetics là Phương pháp của năm. Từ năm 2009, ông là nhà nghiên cứu của Howard Hughes Medical Institute.

Một phát minh thứ hai cũng ra đời từ chính phòng thí nghiệm này. Năm 2013, Deisseroth là tác giả chính của bài báo mô tả CLARITY, phương pháp được phát triển cùng nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Kwanghun Chung và nhà thần kinh học Viviana Gradinaru: biến một bộ não nguyên vẹn thành hydrogel trong suốt để ánh sáng và các đầu dò phân tử có thể xuyên qua. Những biến thể về sau của hóa học hydrogel–mô này, chẳng hạn STARmap, cho phép đọc hoạt động gene của từng tế bào trong không gian ba chiều mà không cần cắt mô thành lát. Song song với hai hướng nghiên cứu ấy, nhóm của ông và nhóm Hegemann đã giải mã cấu trúc channelrhodopsin ở độ phân giải cao, qua đó làm rõ cách lỗ màng chọn lọc ion và màu sắc ánh sáng.

Giải thưởng được Hội đồng Nobel tại Karolinska Institutet công bố ngày 5 tháng 10 năm 2026, chia sẻ vinh dự giữa Deisseroth, Hegemann và Nagel “vì những khám phá về các kênh ion được điều khiển bằng ánh sáng và optogenetics”. Quy định giới hạn mỗi giải Nobel ở ba người, đồng nghĩa có những người bị bỏ lại ngoài danh sách. Sau thông báo, Boyden, hiện làm việc tại MIT, là người vấp phải nhiều ý kiến phản đối nhất từ các bình luận trên mạng xã hội; ông không phản hồi các đề nghị bình luận. Tài liệu nền của chính ủy ban cũng ghi nhận những người tiên phong khác, trong đó có Gero Miesenböck, người đầu tiên khiến các neuron thông thường nhạy sáng vào năm 2002, và Zhuo-Hua Pan, người thử nghiệm channelrhodopsin trong tế bào võng mạc. Deisseroth công khai hơn hầu hết mọi người khi nói về vấn đề quyền ưu tiên: ông công bố những trang sổ tay ghi chép tháng 7 năm 2004 và thường xuyên nêu tên các phòng thí nghiệm, trong đó có nhóm của Stefan Herlitze, Alexander Gottschalk, Hiromu Yawo và Pan, đã đạt kết quả tương tự trong năm tiếp theo. Còn một điểm cần lưu ý nữa thường bị bỏ qua giữa những lời chúc mừng. Dù có phạm vi ứng dụng rộng trong phòng thí nghiệm, phần trình bày của chính ủy ban Nobel về ứng dụng lâm sàng chỉ đề cập đến những nỗ lực khôi phục thị lực cho người khiếm thị. Triển vọng tâm thần học mà bệnh nhân của ông có thể hy vọng vẫn chỉ là một chương trình nghiên cứu.

Ông cũng từng tìm cách giải thích ý nghĩa của các mạch thần kinh đối với những người mình điều trị. Projections, do Random House xuất bản năm 2021, đan xen những cuộc gặp với bệnh nhân và các mạch thần kinh đứng sau cảm xúc, đồng thời lập luận rằng những trạng thái tâm thần nằm trên một phổ bắt nguồn từ lịch sử tiến hóa. Nhan đề gợi đến cả hai nghĩa: cơ chế phòng vệ mà các nhà tâm thần học nhận diện, và những sợi trục dài mà neuron gửi tới một đích ở xa.

Cuộc gọi báo tin Nobel đến với ông sau nửa đêm ở California. Ông làm việc muộn với một bài báo rồi vừa nằm xuống, và là người đầu tiên trong ba chủ nhân giải thưởng mà ủy ban liên lạc được. Trong cuộc phỏng vấn ghi lại ngay đêm đó, khi những người còn lại trong nhà đều đã ngủ, ông kể về một hướng nghiên cứu gần đây: nhóm của ông dùng ánh sáng điều khiển nhịp tim chuột để quan sát nhịp tim thay đổi trạng thái não và hành vi ra sao — một hình thức truyền tín hiệu từ cơ thể lên não với độ chính xác như bật tắt công tắc. Ông 55 tuổi khi giải thưởng được công bố. Ông gọi những người cùng nhận giải là cộng sự lâu năm và bạn bè, những người đã cùng ông chia sẻ các bài báo, hội nghị và những ly bia trong nhiều năm.

Giải Nobel khép lại một chuỗi vinh danh vốn đã bao gồm Giải Lasker về Nghiên cứu Y học Cơ bản năm 2021, được trao chung với Hegemann và Dieter Oesterhelt; Giải Kyoto năm 2018, giúp ông trở thành người trẻ nhất từng nhận giải; Canada Gairdner International Award cùng năm; Harvey Prize năm 2016 cùng Hegemann; Breakthrough Prize in Life Sciences; và Brain Prize năm 2013, được ông chia sẻ với năm nhà nghiên cứu optogenetics khác, trong đó có Boyden. Ông là thành viên của các viện hàn lâm khoa học, kỹ thuật và y học quốc gia Hoa Kỳ.

Ông kết hôn với Michelle Monje, nhà thần kinh học tại Stanford, và họ có bốn người con; ông cũng có một con trai từ mối quan hệ trước. Ông giữ chức giáo sư D.H. Chen về kỹ thuật y sinh tại Stanford, đồng thời là giáo sư tâm thần học và khoa học hành vi, và làm bác sĩ điều trị tại bệnh viện của trường.

Lễ trao giải tại Stockholm dự kiến diễn ra ngày 10 tháng 12. Sau buổi lễ, theo lời ông, mọi việc vẫn diễn ra như thường lệ: những đêm muộn làm việc với bài báo, phòng thí nghiệm và những bệnh nhân có lời kể về cảm giác của họ vẫn là nguồn dữ liệu khó nắm bắt nhất đối với ông.

Thẻ: Georg Nagel, Karl Deisseroth, Peter Hegemann, di truyền quang học, Stanford University, Ed Boyden