当紫外光扫过这幅画时，几棵原本藏在密集线条中的“神经元”突然亮了起来。周围的细胞仍然保持原来的样子，只有被我事先涂上特殊媒介剂的部分发出了荧光。
这便是我最近在工作室里做的一次小小艺术实验，我想借助画笔和光，将今年诺贝尔奖所表彰的科学发现带入我的画中。而我想画的不光是神经元的形状，还有科学家如何用光探索记忆的过程。
用光寻找记忆的痕迹今年的诺贝尔生理学或医学奖授予了光门控离子通道与光遗传学领域的发现[1]。这些发现为利用光调控细胞活动提供了重要基础，也启发我创作了这幅画——《光遗传学：被光唤起的记忆》。
《光遗传学：被光唤起的记忆》全图丨常恺／之间 • Liminal Studio创作
画中，我描绘了海马齿状回的神经元，并用特殊的荧光媒介剂“标记”其中几棵，让它们能够在紫外光照射下亮起来。这种让部分神经元对光作出反应的设计，灵感就来自光遗传学。
光遗传学的基本思路，是让选定的细胞产生光敏蛋白，再通过光照调节它们的活动。在神经科学中，研究人员可以借此激活或抑制特定的神经元，从而研究这些细胞如何参与大脑的工作[2]。其中，我个人很感兴趣的一类研究，就是利用光遗传学探索记忆。
相信我们都曾有过这样的经历：听到熟悉的旋律、闻到某种气味，或走进曾经生活过的房间，一段往事便浮现在脑海中。虽然那些经历已经过去，熟悉的线索却依旧能够唤起鲜活的回忆。记忆在神经系统中有其物理基础，科学家们用“记忆痕迹”（engram）来描述经历留下的这些变化。那么，如果不借助外界线索，直接重新激活形成记忆时活跃的神经元，是否也足以引发与那段记忆相关的行为反应？
《记忆成群》，画作以椋鸟群飞（murmuration）类比记忆痕迹（engram）：鸟群中的个体相互响应，共同形成不断变化的整体图案；一段记忆也并非由单个神经元独自承载，而依赖特定神经元群及其联系。层叠的晚霞呼应大脑皮层的层次，树木的枝杈借喻神经元的分支，将自然景观与大脑中的微观世界交织在一起。｜常恺／之间 • Liminal Studio
2012年的一项研究，尝试用光遗传学回答这个问题，今年的诺奖得主Karl Deisseroth也是作者之一[3]。这项研究，也成为了我创作这幅画的具体灵感来源。
文章中，研究人员把目光投向了海马中的齿状回。这是大脑中参与记忆形成、帮助区分相似场景的重要区域。例如，两间布局相似的房间，我们通常仍能分清自己分别在那里经历过什么，齿状回就参与了这样的区分过程[4]。
在实验中，研究人员让小鼠在一个特定环境里经历电击，使它们学会把这个环境与危险联系起来。在这段学习过程中，齿状回中的一部分神经元会变得活跃。科学家想知道，如果之后再让这些细胞活跃起来，小鼠会不会再次表现出恐惧？
要回答这个问题，首先得找到这些细胞，并且有办法在之后重新激活它们。光遗传学便在这里派上了用场。研究人员利用一套遗传标记系统，让设定时间内活跃的部分神经元产生一种特殊的光敏蛋白——通道视紫红质-2（channelrhodopsin-2，ChR2），同时带上荧光标记。这样，他们就有机会在显微镜下找到这些神经元。
不同条件下齿状回神经元的标记。药物参与下，活跃的部分神经元能产生ChR2-EYFP，在蓝光下呈现为图中的绿色。其中，ChR2让这些细胞能够被蓝光激活，EYFP则提供荧光，帮助研究人员找到它们。| 参考文献[3]
可以把ChR2这种光敏蛋白想象成神经元细胞膜上一扇由蓝光控制的小门。当蓝光照到它们时，这扇“小门”就会打开，让带正电的离子流入细胞，改变细胞膜两侧的电压。当变化达到一定程度，神经元便会发出电脉冲，从而被激活[2,5]。荧光标记帮助科学家找到这些细胞，光敏蛋白则让他们能够用光使这些细胞重新活跃起来。有了这些准备，研究人员随后把小鼠放进另一个环境。这里没有电击，他们只是用蓝光重新激活此前被标记的神经元，小鼠却出现了明显增加的“僵直”反应，也就是除呼吸外几乎不再活动，这是小鼠恐惧反应的常用指标。相比之下，没有经历电击，或没有标记的对照组，都没有出现同样的光照诱导反应。这说明，在这项实验中，重新激活恐惧学习时活跃的这一小群神经元，足以引发与那段记忆相关的行为反应[3]。
用画笔点亮神经元理解了这项研究之后，我开始思考，怎样把文章中的实验思路带进画里，让观众也能通过观看和互动，理解科学家如何用光选择性地激活神经元。过去做荧光成像实验的经历，让我几乎马上就想到：能不能找到一种在紫外光下发出荧光的丙烯媒介剂，用它来“标记”画中的神经元？
一旦有了这个想法，我便迫不及待地想去尝试。就在诺贝尔生理学或医学奖公布的当天下午，我开车跑了斯德哥尔摩城里的好几家艺术用品店，终于找到了一款合适的媒介剂，幸运地买到了店里最后一瓶。当晚，我就兴冲冲地开始了自己的艺术实验。
我用到的绘画材料。图中的Tri-Art UV Reactive Polymer是我使用的紫外光反应丙烯媒介剂。将它涂在画中选定的神经元上，这些部分便能在紫外光照射下发出荧光。| 摄影：常恺／之间 • Liminal Studio。
我曾经画过一幅展现海马整体结构的作品。海马不同区域的细胞排列与神经元形态各有特点，其中，齿状回最具代表性的神经元是颗粒细胞。它们的细胞体密集排列，形成一道弯曲的细胞层，树突则向外伸展、不断分支，像一丛丛细密的树冠[6]。 这一次，我将视野拉近，像前文的研究一样，把目光集中在齿状回，用这些密集的细胞与舒展的树突构成画面的主体。
画笔下的海马，其中橘色部分为齿状回，也是前文记忆实验所研究的区域。丨常恺／之间 • Liminal Studio创作
之后，我从中选出一部分神经元，做上特殊的“标记”。科学家使用遗传工具，我的工具则是这瓶荧光媒介剂。我把它涂在选定的神经元上，让它们能在紫外光照射下从周围细胞中显现出来。画作完成后，我拿起UV手电筒，缓缓扫过画面，那些被标记的神经元亮了起来。心里一直设想的效果，终于出现在眼前！
《光遗传学：被光唤起的记忆》，画作描绘海马的齿状回，部分神经元涂有紫外光反应媒介剂，在照射下发出荧光丨常恺／之间 • Liminal Studio创作
再看看局部
那一刻，也让我想起了自己在实验室里的日子。有很长一段时间，我每天从早到晚坐在显微镜旁，观察、拍摄和统计那些被荧光标记的细胞。一幅漂亮的荧光图像背后，往往是好几天的准备：设计实验、让细胞表达目标蛋白，再到处理样本，每一步都需要时间。因此，每次把准备好的样本放到显微镜下，我总会感到一种即将揭晓答案的激动。而无论看过多少次，当那些平时看不见的结构在荧光下显现，展露出细密而复杂的形态时，我依然会感叹细胞的美。当然，画面漂亮并不意味着实验成功，结果也常常不如预期，还需要重新检查、调整，再做一次。在反复尝试中逐渐接近答案，本就是我熟悉的科研日常。
如今，走出实验室，我继续用画笔探索科学。虽然画中的荧光并不是真正的神经活动，但当一个人亲手移动一束光，看见原本藏在画面中的细节逐一显现，也许就能体会到一点我曾在显微镜前感受到的好奇与激动，也更直观地理解科学家如何标记细胞、用光探索它们的活动。
细胞里面有星辰除了选择自己感兴趣的科学话题，我也与世界各地的科学家和实验室合作，以他们正在开展的研究为灵感创作。与过去做研究时不同，这一次，我需要跳出具体的实验问题，思考怎样用画面传达科学概念，让观众在了解研究的同时，也能欣赏艺术所呈现的生命之美。
与欧洲ROS协会合作的《细胞宇宙》，便来自这样的思考。作品围绕活性氧（reactive oxygen species，ROS）展开。这是一类化学性质较活泼的含氧分子，可以在线粒体的能量代谢等过程中产生。它们既可能造成损伤，也参与细胞信号传递，因此经常出现在衰老与疾病研究中[7,8]。
过去研究线粒体的经历，让我对活性氧并不陌生，也让我认识到，它们的作用取决于产生的位置、数量以及细胞所处的状态。这种复杂性成为我创作时的思考起点：生命的正常运转，往往依赖持续的调节，而不是彻底消除某种物质。
思考怎样表达这些关系时，我想到了宇宙。无论抬头望向星空，还是低头观察细胞，我们都会遇到一个远比日常感知更复杂的世界。于是，我把线粒体画成明亮的天体，用散布的光点表现ROS，让其他细胞器分布其间。在我的想象中，细胞内部不断发生的反应，构成了一片繁忙的内在宇宙。
而选择光点，则来自我对阳光的联想：阳光让人想到温暖与生长，过强的照射却也可能带来伤害。虽然阳光与ROS的作用机制不同，但这种联想让我找到了表达ROS复杂作用的方式。我希望观众看到这些光点时，想到的不只是损伤或保护，也能感受到生命需要不断调节、维持平衡的状态。
《细胞宇宙》，画作借宇宙意象，呈现细胞内部的复杂联系与动态平衡。。橘色为线粒体，散布的光点代表活性氧（ROS），蓝色线条为内质网，彩色小球为溶酶体，绿色小球为过氧化物酶体，中央紫色结构为细胞核。丨常恺／之间 • Liminal Studio创作
静止的画面也能表现动态有些创作，则需要我从整体的联想走进具体的分子过程。与瑞典卡罗琳斯卡医学院研究人员合作的《内在的语言：线粒体翻译》，就带来了另一种挑战：怎样把一个抽象、连续的过程画进静止的画面？
这里的“线粒体翻译”，指的是在线粒体内部，读取由线粒体DNA转录而来的信使RNA上的遗传信息，合成蛋白质的过程[9,10]。它无法像一片组织那样，在普通显微镜下直接展现在眼前。科学家通过结构解析和其他实验研究其中的步骤，而我需要依据这些实验结果与机制模型，寻找适合绘画的表达方式。
创作时，我需要反复考虑分子的位置、彼此的关系，以及哪些细节必须保留。颜色与尺度可以根据画面的需要调整，但不能因此改变机制的含义。我希望观众即使不认识所有分子，也能沿着画面，理解一段遗传信息如何被“读出”，转化为蛋白质。
于是，我将画面的视角放在线粒体内部、靠近内膜的位置。从左到右，三个紫色核糖体分别呈现翻译的起始、延伸和终止。红色线条代表携带遗传指令的信使RNA，青色的转运RNA带来氨基酸，让它们逐个连接成黄色的蛋白质链；在最后一个核糖体处，绿色的释放因子帮助新合成的蛋白质释放出来[9,10]。原本连续发生的几个阶段，就这样被安排在同一幅画中，让时间的推进成为可以沿着画面阅读的过程。
《内在的语言：线粒体翻译》。画作呈现线粒体内膜附近蛋白质合成的起始、延伸与终止：紫色为核糖体，红色为信使RNA，青色为转运RNA，黄色为逐渐形成的蛋白质链，绿色为释放因子。丨常恺／之间 • Liminal Studio创作
在科学与艺术“之间”在拿起画笔探索科学之前，我已经在分子与细胞生物学研究中度过了十余年。我在美国爱荷华州立大学获得遗传学与基因组学博士学位，随后来到瑞典卡罗琳斯卡医学院从事博士后研究。从心脏衰老到线粒体，我一直试图理解，那些肉眼看不见的分子与细胞活动，如何影响生命的运转。
长期做研究，让我习惯了阅读、提问和钻研，也习惯了面对不确定。一个实验结果可能推翻原先的设想，一个看似简单的问题，也可能需要很长时间才能找到解释。开始画画后，我逐渐发现，艺术探索与科学研究有许多相通之处：都需要观察、尝试，也都需要接受结果与预想不同。有时，我会推翻原先的构图重新开始；有时，又会在画到一半时发现新的可能。
走向艺术，也让我有了与过去不同的自由。做研究时，我需要围绕具体问题寻找证据；创作时，我还可以追问：这些科学知识让我想到了什么？它们与我们的感受和生活又有什么联系？我希望画面能为这些思考留下空间，让观众在认识生命结构的同时，也发现自己的身体里藏着一个如此美丽而复杂的宇宙，并由此重新认识自己，思考我们与世界的关系。
带着这样的想法，我创立了“之间 • Liminal Studio”工作室。离开实验室，并没有让我失去对科学的兴趣，反而让我开始留意，同一个科学问题还能怎样被理解、被讲述。
曾经，我通过实验寻找答案；如今，我也希望用画笔，把值得追问的问题带到更多人面前。
常恺丨作者供图
如果你也希望将自己的研究转化为艺术，欢迎访问我的网站 liminalsciencestudio.com，欣赏更多作品，也欢迎联系我，聊聊你的研究与创作想法。
参考文献
[1] Nature. Nobel Prize in Physiology or Medicine 2026. https://www.nature.com/collections/addjhidihf
[2] Boyden ES, Zhang F, Bamberg E, Nagel G, Deisseroth K. Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nature Neuroscience. 2005;8:1263–1268. https://doi.org/10.1038/nn1525.
[3] Liu X, Ramirez S, Pang PT, et al. Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall. Nature. 2012;484:381–385. https://doi.org/10.1038/nature11028.
[4] McHugh TJ, Jones MW, Quinn JJ, et al. Dentate gyrus NMDA receptors mediate rapid pattern separation in the hippocampal network. Science. 2007;317:94–99. https://doi.org/10.1126/science.1140263.
[5] Nagel G, Szellas T, Huhn W, et al. Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2003;100:13940–13945. https://doi.org/10.1073/pnas.1936192100
[6] Amaral DG, Scharfman HE, Lavenex P. The dentate gyrus: fundamental neuroanatomical organization (dentate gyrus for dummies). Progress in Brain Research. 2007;163:3–22. https://doi.org/10.1016/S0079-6123(07)63001-5
[7] Koren SA, Selim NA, De la Rosa L, et al. All-optical spatiotemporal mapping of ROS dynamics across mitochondrial microdomains in situ. Nature Communications. 2023;14:6036. https://doi.org/10.1038/s41467-023-41682-z
[8] Sobotta MC, Liou W, Stöcker S, et al. Peroxiredoxin-2 and STAT3 form a redox relay for H₂O₂ signaling. Nature Chemical Biology. 2015;11:64–70. https://doi.org/10.1038/nchembio.1695.
[9] Kummer E, Leibundgut M, Rackham O, et al. Unique features of mammalian mitochondrial translation initiation revealed by cryo-EM. Nature. 2018;560:263–267.https://doi.org/10.1038/s41586-018-0373-y
[10] Kummer E, Schubert KN, Schoenhut T, Scaiola A, Ban N. Structural basis of translation termination, rescue, and recycling in mammalian mitochondria. Molecular Cell. 2021;81:2566–2582.e6. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.03.042.
作者：常恺
编辑：odette
封面图来源：常恺／之间 • Liminal Studio创作
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