轻按开关即可控制大脑

卡尔·迪塞尔罗斯（Karl Deisseroth）在下班回家的路上，红灯停了下来，他沉思着他的一位病人，一位患有深度抑郁症的女性，多年来对药物和电休克疗法都没有反应。红灯转绿，迪塞尔罗斯加速行驶，一边心不在焉地驾驶着道路和交叉口，一边思考着另一组同样可以通过光系统调节的通路。在斯坦福大学克拉克中心（Clark Center）的实验室里，迪塞尔罗斯正在开发一种非凡的方法，通过向脑细胞照射有针对性的绿色、黄色或蓝色闪光来打开或关闭脑细胞。通过这种能力，他正在学习如何调节大脑中的信息流。

迪塞尔罗斯的技术，广义上称为光遗传学，可以给他的那些最绝望的病人带来新的希望。在一系列具有启发性的实验中，他已经治愈了小鼠的精神疾病症状。光遗传学也显示出击败毒瘾的希望。当迪塞尔罗斯让一组实验小鼠接触可卡因，然后按下一个开关，向它们的大脑发射明亮的黄色光脉冲时，预期的欣快感——成瘾的前奏——被立即阻断了。几乎奇迹般地，它们对可卡因的快感免疫；这些小鼠离开毒窝时表现得好像从未接触过毒品一样不感兴趣。

今天，这些突破只在少数实验动物身上得到了证实。但是当迪塞尔罗斯把车开进车道时，他对明天的工作可能带来的成果感到乐观：人类应用及其可能带来的缓解可能不远了。

尽管大脑错综复杂，但在某些方面它却是一个出奇简单的装置。神经元开启和关闭，导致信号停止或传输。利用光遗传学，迪塞尔罗斯可以自己进行这种开关操作。他将光敏蛋白质插入脑细胞。这些蛋白质让他只需向细胞照射适当的激光束，就能开启或关闭一组细胞。这反过来又使得精确识别涉及各种精神疾病的神经通路成为可能。例如，某个特定通路的紊乱可能会导致焦虑。为了验证这种可能性，迪塞尔罗斯制造了一种动物，其大脑中沿着可疑通路的脑细胞中含有光敏蛋白质。然后他用激光照射这些细胞。如果动物开始躲在角落里，他就知道他找对了地方。随着迪塞尔罗斯和他的同事们照亮更多的神经通路，其他研究人员将能够设计出越来越有针对性的药物和微创脑植入物来治疗精神疾病。

光遗传学最初起源于Bio-X，这是一个由当时的斯坦福大学物理学家，现任美国能源部部长朱棣文（Stephen Chu）部分牵头的多学科项目。Bio-X汇集了斯坦福大学一些最优秀的工程师、计算机科学家、物理学家、化学家和临床医生，将他们聚集在克拉克中心（Clark Center），那里开放的玻璃幕墙结构使得交流变得不可避免。迪塞尔罗斯，他那破旧的牛仔裤和T恤衫几乎定义了普遍的学术着装，他被证明在跨学科工作方面很有天赋。在过去的十年里，他那无所不包的探索已经远远超出了Bio-X的范围，进入了全世界的数千家机构。

尽管他的 Bio-X 工作涉及深奥的遗传学和动物实验，但迪塞尔罗斯从未忘记最初激励他的人类需求。他仍然将时间分配在他位于地下室的实验室和那些迫切需要他的研究取得成果的精神病患者身上。

精神病学的核心困境

1998年，卡尔·迪塞尔罗斯27岁，第一次踏入北加州帕洛阿尔托退伍军人医院的精神病房。他刚刚完成了斯坦福医学院的头两年学业，在那里他获得了脑细胞生理学博士学位，研究神经元交流的电学语言。作为他的医学培训的一部分，他被要求完成精神病学轮转——他觉得这是一个模糊的专业，远不如他的职业目标脑外科手术那样引人入胜。

病房里有几位病人躺在他面前的狭窄病床上，等待着一种名为电休克疗法（ECT）的治疗。值班麻醉师给他们麻醉后，主治精神病医生将电极片放在病人的太阳穴上，然后从一张病床走到另一张病床，按下每个人控制盒上的一个小按钮，将电击送入他们的大脑。他们的身体紧绷，大脑随着癫痫发作颤抖了一整分钟。接受治疗的病人有失去大片记忆的风险，但如果一切顺利，电流将重置他们的神经元，清除他们的抑郁症并提供数月的缓解。

从那次经历中，迪塞尔罗斯决定将毕生精力投入到解决精神疾病的一个核心难题：一个大脑看起来可能完好无损，没有死组织或解剖畸形，但某种错误却可能彻底摧毁患者的生活。或许是因为损伤是看不见的，现有的疗法令人震惊地粗糙。ECT挽救了生命，但通常是暂时的；尽管很可能只有一小部分细胞导致了患者的困扰，但电击却震撼了整个大脑的神经元。针对一般大脑区域和细胞类型的精神活性药物也过于广泛。而且科学家们对哪些化学失衡影响哪些神经回路如此不确定，以至于三分之一的重度抑郁症患者根本对药物没有反应。

迪塞尔罗斯在随后的精神科住院医师期间思考了这个问题，他在四年内监督了200多次ECT手术。然后，在2004年，他成为斯坦福大学的首席研究员，并获得了自己的实验室。作为一名治疗患者的临床医生，他的武器库是有限的。但随着他的科学想象力自由驰骋，以及一个全新的实验室，充满了空椅子和有待填充的烧杯，他开始设想优雅的新策略。其中一个脱颖而出：一个最初由传奇遗传学和意识研究员弗朗西斯·克里克提出的概念。

克里克的想法是，光以其无与伦比的速度和精确性，可能是控制神经元和绘制大脑图谱的理想工具。“用能量界面而不是物理界面来处理大脑的想法是如此令人兴奋，”迪塞尔罗斯说。他认为制造一个光敏大脑可能是不可能的，但随后一个想法浮现出来：利用光敏微生物的力量怎么样？这些单细胞生物在水中漂浮，朝向或远离太阳以调节能量摄入。这种无脑生物依靠来自光敏蛋白质（称为视蛋白）的信号。当阳光照射到视蛋白时，它会立即通过微生物的细胞膜发送电信号，告诉这个微小生物朝哪个方向转动，以相对于太阳。

迪塞尔罗斯想知道他是否可以将这些视蛋白插入目标哺乳动物脑细胞中，使它们也变得光敏。如果可以，他就能学会用光控制它们的行为。然后，将光照射到大脑中就可以成为克里克想象的工具，提供一种无需电击或缓慢作用、非聚焦药物来控制神经元的方法。

照亮大脑

所需的工具已经存在。第一个视蛋白——由微生物产生的光敏蛋白——在1971年被发现，同年迪塞尔罗斯出生。这种被称为细菌视紫红质的蛋白质对绿光有反应，科学家们此后在世界各地生活在盐水中的微生物中发现了它。下一个视蛋白，对黄光有反应的卤素视紫红质，在1977年被发现。像细菌视紫红质一样，它是在生活在盐湖和海洋中的细菌中发现的。

迪塞尔罗斯阅读了所有关于视蛋白的资料，他意识到光敏微生物与神经元说着相同的基本语言：当光照射到视蛋白时，细胞膜上的通道打开，允许带电粒子（离子）流入和流出。在微生物中，离子流告诉生物体转向的方向。在神经元中，离子流经细胞壁会引发动作，启动一系列通信，告诉我们这样的生物如何感受和行为。这种相似性让迪塞尔罗斯认为，视蛋白可以被操纵来开关脑细胞。

2003 年，迪塞尔罗斯仍在琢磨这件事，当时德国生物学家格奥尔格·纳格尔（Georg Nagel）和彼得·黑格曼（Peter Hegemann）宣布发现了一种新的光敏微生物，一种名为莱茵衣藻的绿色藻类。这种 10 微米宽的微生物有一个小的眼点，迪塞尔罗斯将其描述为“有点可爱”，它会旋转以检测光线。它产生一种名为通道视紫红质-2（ChR2）的蛋白质，该蛋白质充当天线来接收蓝光并将其转化为离子流。当光线照射到 ChR2 时，细胞变得活跃并告诉微生物转向何处。

迪塞尔罗斯立即想要ChR2。其他视蛋白或许也能奏效，但由于他的目标——将它们植入大脑并让大脑做出反应——非常棘手，成功几率微乎其微，他需要尝试尽可能多的方案。他在2004年春天写信给纳格尔，索要该基因的副本，并解释说他计划尝试将其插入神经元。“我很现实地知道这值得测试，但距离真正有用可能还有很长的路要走，”他说。“如果我告诉他我要用它治愈抑郁症，我肯定他会认为我疯了。”

迪塞尔罗斯意识到，他计划的第一步——将微生物视蛋白分子插入哺乳动物神经元并使其同步——也是一个很大的赌注。一方面，哺乳动物免疫系统很可能排斥这种外来蛋白质。即使视蛋白能够被耐受，也无法知道它是否能以控制藻类相同的方式来控制哺乳动物细胞。视蛋白的电信号需要在刺激的几毫秒内发出和关闭，才能像神经元一样快速通信；迪塞尔罗斯怀疑藻类的简单生物学是否需要如此快的速度。

为了进行必要的测试，迪塞尔罗斯必须迅速为他的实验室招聘人员。有人必须提供处理病毒的专业知识——具体来说，是一种充当载体或特洛伊木马的病毒，将藻类基因运送到哺乳动物细胞中。视蛋白基因需要被插入到病毒中，病毒将感染神经元，将视蛋白基因转移给它们。如果一切按计划进行，哺乳动物神经元就会像产生自己的蛋白质一样，产生光敏微生物视蛋白。

一个团队诞生了

2004年那个夏天，幸运眷顾了迪塞尔罗斯。作为斯坦福大学的新教员，他搬进了史蒂文·朱（Steven Chu）曾使用过的办公室，史蒂文·朱最近离开了斯坦福大学，担任劳伦斯伯克利国家实验室主任。迪塞尔罗斯的门上仍然挂着朱的名字。一天下午，一位迷茫的年轻化学学生张锋走了进来，寻找朱。“我还记得当时看着他——他看到我有点惊讶，”迪塞尔罗斯说。但两人开始交谈。张锋想了解抑郁症背后的化学失衡。他也有帮助迪塞尔罗斯处理病毒的技能：15岁时，他开始研究病毒载体，这个项目让他获得了英特尔国际科学与工程博览会的最高奖项。现在，作为一名有抱负的斯坦福大学博士生，他决定加入迪塞尔罗斯的团队。

接下来，迪塞尔罗斯需要一名擅长膜片钳技术的人，这种技术利用电极记录通过细胞的离子。这将使他能够记录神经元何时放电或关闭，从而指示它们是否对光有反应。为此，他聘请了埃德·博伊登（Ed Boyden），一位刚在斯坦福大学获得神经科学博士学位的人。博伊登才华横溢、精力充沛，有时咄咄逼人的态度令人不快，但对于处理几乎不可能的实验并将其发表来说，却是理想人选。他还精通电生理学，这是迪塞尔罗斯 nascent optogenetics 项目所需的另一项技能。

那年秋天，迪塞尔罗斯与他的新团队投入工作。首先，他们将ChR2视蛋白插入到张锋提取的一种无害逆转录病毒中。然后，他们将经过基因工程改造的病毒加入到培养皿中的大鼠神经元培养物中。正如所希望的那样，张锋的病毒穿透了神经元并传递了光敏基因。最后一步是观察细胞是否真的对光线快速放电。博伊登将一个神经元连接到一个玻璃电极上，该电极也可以提供光线。电极的另一端连接到一台电脑上。当细胞静止时，电脑屏幕上会出现一条稳定的线；当细胞活跃时，线会向上跳动成一个尖峰。

令迪塞尔罗斯欣喜的是，这项努力取得了成功：当博伊登将电极插入细胞时，迪塞尔罗斯在培养皿中看到了明亮的蓝色光脉冲，并且电脑屏幕上的尖峰与这些脉冲精确匹配。“在接下来的九个月里，我们疯狂地工作以发表它。我们想快速行动，”迪塞尔罗斯说。这篇论文于2005年8月发表在《自然神经科学》杂志上，记录了首次有人成功用光控制脑细胞。

然而，细胞培养结果仍未能证明光遗传学是否适用于活体、自由活动的哺乳动物大脑中的脑细胞。为了弄清这一点，需要扩大团队。到2006年，迪塞尔罗斯拥有一个由15人组成的紧密团队，他们在不紧张地并肩工作时，经常去当地的印度自助餐馆和In-N-Out Burger。

破解动物密码

在细胞培养中，只需要少量温和的病毒颗粒就能将视蛋白基因递送到目标神经元。但是将基因插入完整大脑中的哺乳动物神经元需要更多数量的毒性更强的病毒。张锋不懈努力应对这一挑战，开发出一种高度浓缩但仍安全的源自HIV的逆转录病毒；本质上，他去除了HIV的毒性基因，并用ChR2的一个版本替换了它们。他可以在三天内从头开始培养病毒。

迪塞尔罗斯还需要一个可以手术植入大脑的微型手电筒，以便在近距离开关细胞。小鼠只有大约20克重，不到两勺糖的重量，所以这个装置不能太大或太重。而且，尽管光线需要比室内光亮100倍，但系统在发出光束时不能加热大脑。团队的解决方案是在大脑中植入一根光纤电缆，并将其连接到固定在动物头部的一个微型激光器上。这个装置足够小巧轻便，可以随小鼠一起移动。

最后，迪塞尔罗斯需要一种方法来标记他想要研究的特定神经元，以便只有这些细胞能对光做出反应。其他大脑研究人员已经识别出与恐惧、奖赏、成瘾和抑郁相关的某些细胞类型和大脑区域。但他们无法确切知道这些区域内哪些神经元在驱动特定行为。迪塞尔罗斯努力找出答案。他使用称为启动子的DNA片段，将ChR2基因与仅存在于他想要研究的特定神经元中的DNA连接起来。当他发出光时，它不会干扰整个区域，而只会干扰相关的细胞。

直到那时，迪塞尔罗斯才准备好在活体动物身上测试光遗传学。他责成张锋进行一项下丘脑分泌素神经元的研究，这些神经元与睡眠相关，位于大脑下丘脑深处。这些细胞对于睡眠-觉醒周期中的觉醒至关重要，并被认为在嗜睡症中起着关键作用。

张锋在斯坦福睡眠中心进行了这项研究，在那里他可以记录打盹小鼠的脑电波。他将ChR2靶向睡眠细胞，然后利用光纤将光线直接送入小鼠大脑。2007年初，他的团队将一只经过ChR2改造的小鼠放入一个睡眠室，其头骨内植入了两个装置。一个是光纤；另一个由四根电线组成，用于测量动物的脑电波。

迪塞尔罗斯清楚地记得一位兴奋的博士后把他叫到房间的那一刻。“我走进去，他小声对我说，‘安静点。’”一只老鼠正在它的巢穴里平静地做梦。但当激光打开时，他们看到脑电波监测器上出现了轻微的变化，动物开始抽搐。它正在对大脑内部的光信号做出反应而醒来。迪塞尔罗斯的团队首次使用光遗传学来控制活体动物的行为。

此后不久，2007年3月，他们的结果更加引人注目。迪塞尔罗斯将一根光纤植入了一只运动神经元中含有ChR2的小鼠的大脑皮层。当他通过电缆闪烁蓝色光时，一只漫步的小鼠开始向左奔跑。当激光关闭时，小鼠恢复了漫无目的的游荡。“你可以打开和关闭它，动物不会感到痛苦。它很舒服。你只是用光纤深入其中，控制细胞，然后你就可以控制它的行为，”迪塞尔罗斯说。“那一刻我知道这会很惊人。”

五年后，迪塞尔罗斯实验室（D-lab）已经发展成为一个完整的脑控制研究中心，拥有40多名科学家。来自世界各地的分子生物学家、神经科学家、工程师和物理学家在他的巨大实验室里穿梭，摆弄显微镜、激光、病毒培养液、电极和啮齿动物大脑。D-lab位于硅谷的中心地带，感觉就像一家创业公司。成员们热情地相互交谈，共同建造和发明——这里弥漫着一种显而易见的热情和紧迫感。

团队最伟大的成就之一是由凯·泰（Kay Tye）主导的，她曾是一名博士后，现在麻省理工学院工作。在迪塞尔罗斯办公室附近的一个实验室里，泰将一根光纤电缆精确地插入小鼠的小脑中，留下了足够的松弛度，让动物可以四处奔跑。泰当时正在研究焦虑回路，需要将电缆插入杏仁核的特定部位。几十年来，研究人员都知道杏仁核与恐惧和焦虑有关，但不知道杏仁核的哪个部位的哪些神经元起作用。泰利用之前研究的数据，锁定了一个可能的回路，然后小心翼翼地定位电缆，将光线直接输送到那里。当目标神经元受到刺激时，她观察小鼠的行为如何变化。如果它突然变得更加大胆，那将是一个很好的迹象，表明她找到了一个与焦虑有关的神经元群。

老鼠天生就害怕探索开阔的空间，因为它们在那里容易受到捕食者的攻击。当它们被放置在泰的四臂迷宫中时，它们会大部分时间待在由高墙保护的两个臂中，偶尔伸出鼻子探索。但当泰打开灯并激活受试者大脑中的回路时，这只老鼠大胆地走了出去，探索迷宫的开阔部分，没有表现出任何明显的焦虑。结果表明，泰已经在大脑中定位了一个焦虑回路，有一天可以用药物来靶向治疗。

打破成瘾行为的循环是D团队的另一个目标。他们再次与小鼠合作，建造了一个三室笼子，其中一个房间被指定为毒品窝。在这个房间里的小鼠会注射可卡因。动物通常会在可卡因的作用和房间之间形成积极的联系，就像一个酒精成瘾者可能会在感觉良好和开瓶声之间形成联系一样。如果任其自由活动，即使在可卡因药效消退后很长时间，小鼠也会在房间里徘徊，即使它们可以自由地去其他地方。

但是，当小鼠被注射可卡因并同时用卤素视紫红质和光（在这种情况下，是直接发送到大脑奖励中心的黄色脉冲）进行治疗时，欣快感被阻断了。这些小鼠从未在可卡因和房间之间形成积极的关联，并在笼子里自由漫游。

用光调理心脏

2010年末，迪塞尔罗斯与加州大学旧金山分校的神经科学家阿纳托尔·克雷泽（Anatol Kreitzer）合作，研究帕金森病——这是使用光遗传学治疗神经退行性疾病的重要一步。帕金森病的最终病因尚不清楚，但显然涉及控制自主运动的神经元群的丧失。基底神经节是大脑的动作控制中心。其中一条通路发出“走”的信号，即进行这个动作，另一条通路发出“停止”的信号。在帕金森病中，这些通路被认为失去平衡，受损的运动细胞导致了这种疾病的致残性震颤和运动控制丧失的症状。

尽管关于帕金森病的这一理论自20世纪80年代以来已被广泛考虑，但直到光遗传学出现，才有了直接探测该回路的方法。迪塞尔罗斯和克雷泽用光激活了“启动”和“停止”回路，证实了一个回路确实促进运动，而另一个回路则抑制运动。接下来，他们测试了一个更细致的假设：帕金森病是否是由过度活跃的停止回路引起的？迪塞尔罗斯和克雷泽用ChR2标记了该回路，并将蓝光直接输送到小鼠的大脑中。当光线开启时，运动减慢，小鼠行走困难，这都是帕金森病的症状。

然而，研究人员真正想要的是如何治疗这种疾病的见解。他们认为激活“启动”通路可以重新平衡过度活跃的“停止”网络。当他们靶向“启动”回路时，这种方法甚至比预期效果更好。小鼠开始再次正常行走，它们的运动与健康状态下无异。今天帕金森病的主要治疗方法——脑深部电刺激——涉及将一个大型电极插入患者大脑深处并电击所有周围组织。迪塞尔罗斯希望他的发现能很快带来更有针对性的治疗。

事实上，通过结合视蛋白，包括开启细胞的ChR2，以及关闭细胞的卤素视紫红质和细菌视紫红质，迪塞尔罗斯可以提出更细致的复杂疾病问题：癫痫、自闭症、睡眠障碍和精神分裂症可能都需要这种组合方法。

高效地开启和关闭细胞，使得一系列新的、更详细的实验成为可能：现在迪塞尔罗斯可以命令神经元快速放电和关闭，这样它们就能准备好接收下一个告诉它们做什么的信号。通过使用多种视蛋白以及蓝色、黄色和绿色光，他可以尝试激活的各种组合，以期消除疾病症状。

用光调理心脏

尽管迪塞尔罗斯一直专注于动物大脑，但首批光遗传学植入物（最早可能在十年内进行人体试验）几乎肯定会专注于其他器官，因为那里的应用风险较低。早期的疗法可能会以心脏起搏器的形式出现，它利用光激活心肌细胞并使其按时放电。还有人讨论过用于盲人的光遗传学，即在视细胞中植入视蛋白并开发特殊的眼镜，将光线照射到其中。

2011年秋天，迪塞尔罗斯在斯坦福大学附近门洛帕克共同创立了一家公司，致力于将光遗传学研究转化为治疗。其中一个重点是周围神经疾病，即大脑与身体其他部分之间的信息传输中断。这通常由脊髓损伤、多发性硬化症和其他神经系统疾病引起。

“这不怎么光彩，但有大量患有周围神经缺陷的人，这让他们无法很好地控制肠道和膀胱，”迪塞尔罗斯说。“有趣的是，如果你问那些瘫痪的人，如果他们能选择一件事，是能够走路还是控制肠道和膀胱，他们几乎都选择控制肠道和膀胱，因为这是对他们限制最大的。这是一个非常适合光遗传学解决的问题。”膀胱控制既需要膀胱收缩，也需要括约肌放松，而光遗传学可以同时刺激和抑制这些不同的神经元。迪塞尔罗斯希望将视蛋白引入大脑外的关键周围神经，然后使用简单的LED植入物来重新开启功能。

一旦有人找到了将视蛋白植入灵长类动物和人类大脑的方法——麻省理工学院的张锋目前正在解决这个问题——针对大脑的光遗传学疗法就可以开始了。这种可能性也打开了奥威尔式恐惧的大门。如果迪塞尔罗斯可以用光控制老鼠的大脑，那什么能阻止人类的思想控制呢？最中肯的答案是：通过将逆转录病毒送入健康大脑来制造转基因人将永远不被允许。此外，治愈的潜力太大了，不容忽视——首先是为那些患有帕金森病的人提供更好的植入物，这是一种已经用脑电极治疗的神经退行性疾病。

进入人脑

迪塞尔罗斯的伟大洞察力引发了世界各地的研究。每两周，来自美国和国外的大学科学家都会来到D-lab，花一周时间学习光遗传学的秘密，掌握从老鼠手术到病毒培养的一切。周末结束时，他们会展示自己的研究计划。迪塞尔罗斯斜靠在椅子上，穿着沾有咖啡渍的牛仔裤、木屐和没有塞进裤子里的短袖衬衫。他随意的举止具有欺骗性：迪塞尔罗斯全神贯注，总是处于工作状态，经常在演示过程中插话提问或提出建议。参加他的研讨会的候补名单有十几家实验室那么长。

一位著名的校友是安娜·多明戈斯（Ana Domingos），几年前她从纽约洛克菲勒大学飞来。她当时正在研究减肥，想用光遗传学来触发多巴胺（一种能改善情绪的神经递质），每当老鼠喝掺有人工甜味剂的水时，就让它们忽略通常喜欢的加糖饮料。多明戈斯希望利用她的发现来开发减肥疗法。“我第一次看到那只老鼠狂饮甜味剂水时，我起了鸡皮疙瘩，”多明戈斯说。“我睡不着觉。卡尔给了我扮演上帝的工具。”

在这些演示之后，迪塞尔罗斯吃完午饭，然后参加他每周一次的患者精神科诊疗。他在附近一家咖啡馆的户外座位上就座，那是一个一月中旬阳光明媚、气温24摄氏度的日子，人潮涌动。这是迪塞尔罗斯难得的闲暇时光，他坦承自己需要多放松。

即使实验室全速运转，迪塞尔罗斯仍然忙于帮助他的精神病患者。其中一位名叫艾丽西亚·A（Alicia A.）的患者，几乎尝试了所有药物、ECT以及各种电刺激植入物来控制她的抑郁症。她每月开车七小时来看望迪塞尔罗斯，他们共同找到了一个成功的电神经刺激和抗抑郁药物组合，使她能够重返工作并享受生活。然而，她密切关注迪塞尔罗斯的光遗传学工作，并坚信如果他开始进行人体试验，她将是第一个排队的人。

尽管艾丽西亚·A的生活因与迪塞尔罗斯的会诊而有所改善，但电刺激常常令人不适，而且她的治疗需要持续监测。迪塞尔罗斯为她设想了一种完全不同的治疗可能性。根据他对ECT的经验，他知道用电诱发癫痫发作就像重启电脑一样，会重置大脑中的单个神经元，使这些神经元以与以前不同的顺序同时放电。但患者身上会发生一些奇特而迷人的事情：当治疗结束时，关于这个人的所有一切——记忆、优先事项、自我意识——都会回来。显然，这些东西不是由神经元产生的，而是源于大脑的物理结构和布线。这些“线路”就像高速公路，是神经元回路不断交流的活动道路，但有时道路可能会堵塞或结冰，信使无法通过。

从某种程度上说，光遗传学不过是利用光来控制目标细胞群。但这些细胞如何连接起来本身就是一个巨大的难题，对迪塞尔罗斯来说，它才是未来精神疾病真正治愈的根源。为了将他的布线见解转化为治疗，他希望利用光遗传学来缩小哪些回路决定哪些特定行为。然后，如果他能确定这些回路是否以某种方式受阻或阻塞，他就可以尝试物理地移动它们并使活动流正常化。

磁疗

迪塞尔罗斯不确定哪些工具能让他研究这些连接——这是一种超出了光遗传学能力范围的能力——所以他再次站在了一个重大而前所未有的事物的边缘。一种名为弥散张量成像的脑部成像技术，医生可以扫描患者，生成色彩鲜艳的脑部布线图像。这些连接因人而异。当检测到异常时，一种名为经颅磁刺激（tms）的机器疗法可以将强大的磁脉冲送入大脑，足以移动和重新布线这些连接，从而改善其功能。tms已被用于治疗帕金森病、偏头痛和抑郁症等疾病。

多年前，作为一名精神科住院医师，迪塞尔罗斯曾协助完成了这项疗法的临床试验，并获得了FDA批准。他计划继续使用光遗传学来确定导致疾病的脑细胞回路，并将这些知识与彩色回路图像相结合，以精确确定哪些线路需要连接到哪里才能建立正常的通信。然后，tms可以将线路精确地移动到它们需要的位置，以治愈任何特定的疾病。如果成功，科学家将对个体患者的大脑有一个全面的了解。

这个概念听起来可能很非凡，过于宏大而无法实现，但这正是迪塞尔罗斯最喜欢的挑战。“我想出全新的事物，所以我不希望受到太多先入为主的观念的影响，”他说。巧合的是，迪塞尔罗斯自己的大脑结构让他总是在独处时产生最好的想法。“我记得有几次关键的顿悟，都是在我开车时产生的。对我来说，那是一种冥想。我很少通过思考来解决问题。这些顿悟通常是突然而至，像一道闪电。”