ออปโตเจเนติกส์ (3) : จากการควบคุมสมอง สู่เทคนิคกล้องจุลทรรศน์แบบยืดได้

ทะลุกรอบ | ป๋วย อุ่นใจ

ถ้าถามว่าใครที่น่าจะเซ็งที่สุดหลังจากที่ผลโนเบลปีนี้ประกาศออกมา หลายคนเดาว่าน่าจะเป็นเฟิง จาง (Feng Zhang) และทีมสื่อจากเอ็มไอที

ทำไมล่ะ? ก็เพราะว่านี่เป็นรอบที่สองที่เฟิงแห้วโนเบล

ใช่แล้ว รอบที่สอง ก่อนหน้านี้ ตอนปี 2020 เขาก็เคยอกหักไปแล้วรอบหนึ่งกับรางวัลอันทรงเกียรตินี้

ในตอนที่เจนนิเฟอร์ ดอดนา (Jennifer Doudna) จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ (University of California Berkeley) และเอ็มมานูเอล ชาร์ปองตีเย (Emmanuelle Chapentier) จากหน่วยวิจัยวิทยาศาสตร์ของเชื้อก่อโรค มักซ์ พลังค์ (Max Plank Unit for the Science of Pathogens) เปิดตัวบนเวทีที่สตอกโฮล์มอย่างอลังการ กับผลงานการบุกเบิกการแก้ไขจีโนม (Genome editing) ด้วยคริสเพอร์-แคส9 (CRISPR-Cas9)

ซึ่งถ้าจะว่ากันตามจริง ในตอนที่วงการคริสเพอร์กำลังเริ่มๆ ในช่วงปี 2012-2023 ผลงานของทีมเอ็มไอที ทั้งเฟิง และจอร์จ เชิร์ช (George Church) ในตอนนั้น ก็โดดเด่นไม่แพ้ทีมสองสาว แต่ไม่รู้ทำไมถึงได้แป้กไปตอนพิจารณารางวัลโนเบล

ไม่แน่ อาจจะเป็นเพราะว่าทีมของเอ็มไอทีสั้งสองทีม ทั้งเฟิงและจอร์จออกเปเปอร์ช้าไปกว่าทีมของเจนนิเฟอร์และเอ็มมานูเอลไปครึ่งปีก็เป็นได้

แต่ถ้าเป็นการต่อสู้ในสมรภูมิทรัพย์สินทางปัญญา ทีมเอ็มไอทีก็สู้ไม่ถอย ก็ตาต่อตา ฟันต่อฟัน เรียกว่าสมน้ำสมเนื้อ ไม่แพ้กันกับทีมสองสาวเหมือนกัน

แต่แม้จะพิชิตโนเบลไปแล้ว ทีมเจนนิเฟอร์ก็ยังไม่หยุดวิจัยคริสเพอร์ ล่าสุด ทีมเจนนิเฟอร์เพิ่งจะออกเปเปอร์ใหม่มาหมาดๆ ในวารสาร Science เมื่อวันที่ 17 กันยายน 2026 ที่ผ่านมา เปิดตัวการค้นพบระบบไวเปอร์ (VIPR ย่อมาจาก Viral Interference Programmable Repeat) ที่อาจจะเป็นบรรพบุรุษตั้งต้นของระบบคริสเพอร์

ระบบนี้เป็นระบบป้องกันไวรัสที่พบในไวรัส … ก็คือเอนไซม์ที่ไวรัสสร้างขึ้นมาเพื่อกำจัด (ตัด) สารพันธุกรรมของไวรัสคู่แข่ง เพื่อให้ยึดครองโฮสต์ได้ตัวเดียวจะได้ก๊อบปี้ลูกหลานออกมาได้แบบไม่มีตัวอื่นมากวน

พูดง่ายๆ ก็คือเพื่อให้ตัวมันชนะในเกมแห่งวิวัฒนาการนั่นเอง

นอกเรื่องไปนิด ย้อนกลับมาเรื่องเฟิงกันใหม่ … นั่นคือครั้งแรกที่เฟิงชวดโนเบลไปอย่างน่าเสียดาย และในคราวนี้ก็คืออีกรอบที่เฟิงแห้วโนเบลไปแบบงงๆ

อย่างที่เล่าไปในตอนก่อน เฟิงคือหนึ่งในสามหัวหอกที่บุกตะลุยจนเทคโนโลยีออปโตเจเนติกส์ หรือการควบคุมสมองด้วยแสงนั้นสำเร็จลุล่วงเป็นที่ฮือฮา จนเข้าตากรรมการโนเบล แต่แม้จะมีหัวหอกสามคนช่วยกันดัน แต่ท้ายที่สุด ดันมีแค่หัวเดียวจากทีมนี้ ที่ได้ขี้นเวทีรับเหรียญพร้อมมีชื่อขึ้นทำเนียบนักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบล และคนนั้นคือ “คาร์ล ดีสเซอรอธ (Karl Deisseroth)”

ส่วนเฟิงและอีกหนึ่งหัวหอกผู้ผลักดันออปโตเจเนติกส์ เอ็ด บอยเดน (Ed Boyden) มาตั้งแต่ต้นคู่กับคาร์ลนั้นกินแห้วทั้งคู่ และด้วยทั้งคู่ที่ “เกือบ” จะได้โนเบลนั้น ทำงานอยู่เอ็มไอที ทีมสื่อของเอ็มไอทีที่รอลุ้นทำข่าวก็คงเซ็งไม่แพ้กัน เพราะในตอนแรกเหมือนว่าจะมีลุ้น แต่ท้ายสุดกลับแป้กทั้งสองคน

แต่แม้จะดวงจู๋ ไม่เคยได้โนเบล แต่ “เกือบได้” สองรอบนี่ต้องยอมรับว่าเฟิงนั้นเจ๋งจริง วิสัยทัศน์การมองปัญหาของเขาไม่ธรรมดา เพราะทุกงานที่ทำแม้ดูเหมือนจะเป็นแค่งานวิจัยพื้นฐาน แต่ทุกงานผลออกมาสามารถนำไปประยุกต์ต่อยอดได้แบบพลิกโลกทั้งนั้น

แล้วเอ็ด หัวหอกสายแห้วผู้ผลักดันออปโตเจเนติกส์อีกคนล่ะ เป็นยังไง?

ถ้าย้อนไปดูประวัติชีวิตของเอ็ด ต้องบอกเลยว่าโชกโชนไม่แพ้เฟิง แม้ว่าเส้นทางของเขาจะไม่ได้โรยด้วยกลีบกุหลาบเหมือนเฟิง ขลุกขลัก ตะกุกตะกักกว่าเยอะ แต่ผลงานของเขาก็ต้องบอกเลยว่าขั้นเทพไม่แพ้กัน

เอ็ดสนใจใฝ่รู้ตั้งแต่เด็ก เขาเคยบอกในการสัมภาษณ์หนึ่งว่าเขาคือนักปราชญ์ด้วยใจ และก็สนใจไปซะแทบทุกเรื่อง ตั้งแต่ “ความคิดของมนุษย์เรานั้นเกิดขึ้นได้ยังไง” “จุดเริ่มต้นของจักรวาลนั้นอยู่ที่ตรงไหน” “แล้วสำนึกในใจล่ะมีกลไกอย่างไร”

เอ็ดเริ่มเรียนปริญญาตรีที่มหาวิทยาลัยนอร์ทเท็กซัส (University of North Texas) ตอนอายุสิบสี่ และเริ่มงานวิจัยแรกในแล็บของ พอล แบรเทอร์แมน (Paul Braterman)

ในตอนนั้นเขาสนใจเคมี และอยากรู้ว่าจะสร้างชีวิตขึ้นมาได้อย่างไรด้วยวิธีทางเคมี

งานวิจัยของเขาพยายามจะพิสูจน์ว่าหน่วยย่อยของดีเอ็นเอนั้นจะเกิดขึ้นมาได้มั้ยจากเม็ดดินในสภาพแวดล้อมของมหาสมุทรยุคดึกดำบรรพ์

“แน่นอน เราไม่ได้สร้างชีวิตใหม่ขึ้นมา ไม่งั้นคุณคงเคยได้ยินข่าวแล้ว” เอ็ดกล่าวติดตลก

แม้งานวิจัยจะแป้ก แต่เขาก็ได้เรียนรู้อะไรมากมาย รวมถึงได้ลองลิ้มชิมรสความเฟลของงานวิจัยแบบ high risk high payoff หรือเสี่ยงสูง กำไรงาม

หลังจากสองปีที่เท็กซัส เขาซิ่วไปที่เอ็มไอทีอีกสี่ปี แต่คราวนี้เขาเปลี่ยนไปเรียนฟิสิกส์ วิศวกรรมไฟฟ้า และวิทยาการคอมพิวเตอร์ ในตอนที่เขาจบโททางวิศวกรรมไฟฟ้า เขามีประสบการณ์อะไรต่อมิอะไรมากมายทั้งพัฒนาหุ่นยนต์เรือดำน้ำอัตโนมัติ ควอนตัมคอมพิวเตอร์ และอีกสารพัด

และในตอนก่อนที่เขาจะเรียนจบ เขาได้เข้าไปทดลองทำงานที่เบลล์แล็บส์ (Bell Labs) ในห้องแล็บของเซบาสเตียน ซึง (Sebastian Seung) และมิคาเล ฟี (Michale Fee) สองนักประสาทวิทยาชื่อดังอยู่ระยะสั้นๆ ซึ่งทำให้เขาเริ่มอยากผันตัวมาเรียนประสาทวิทยา

และในที่สุดเขาก็ตัดสินใจจะเรียนต่อปริญญาเอกทางด้านประสาทวิทยาที่สแตนฟอร์ด ด้วยความคาดหวังที่จะหาวิธีการทำความเข้าใจการทำงานของสมอง

และที่นั่น เขาได้ ริชาร์ด เซียน (Richard Tsein) นักประสาทวิทยาชื่อดังผู้เชี่ยวชาญด้านไอออนแชนแนล (ion channel) หรือท่อขนส่งไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เป็นแอดไวเซอร์

และในแล็บของริชาร์ดนี้เองที่เขาได้พบกับคาร์ล ซึ่งเป็นรุ่นพี่ในแล็บ

เอ็ดและคาร์ลตัดสินใจร่วมทำงานด้วยกัน และในหลายเปเปอร์ที่พูดถึงออปโตเจเนติกส์

แม้ว่าคาร์ลจะเป็น PI หรือนักวิจัยหลัก แต่ที่จริงแล้วไอเดียเบื้องหลังออปโตเจเนติกส์นั้น มาจากเอ็ดเป็นส่วนใหญ่

“เราจะควบคุมสมองได้ยังไง?” ปัญหานี้คือสิ่งที่เขาสนใจ

“คุณสามารถที่จะมองที่ฐานของความเป็นไปได้ (ซึ่งก็คือไอเดียที่คุณสามารถทดสอบได้จากการหาข้อมูลหรือไม่ก็จากการทดลอง) และแจกแจงมันออกมาเป็นส่วนๆ ถ้าคุณวาดมันออกมา มันจะดูเหมือนกับแผนผังต้นไม้ ฐานของความเป็นไปได้แยกออกเป็นสองส่วน และแต่ละส่วนยังแยกออกมาได้อีกเรื่อยๆ จากฐานแยกเป็นต้น จากต้นแยกเป็นก้าน จากก้านเป็นใบ” พูดง่ายๆ คือดูความเป็นไปได้ทั้งหมด โดยเริ่มจากโจทย์ใหญ่

เอ็ดเรียกวิธีการของเขาว่า กลยุทธ์ต้นไม้ทางเลือก หรือ tiling tree

“วิธีนี้ผมไม่ได้คิดเอง แต่ได้แรงบันดาลใจมาจากวิธีการวิเคราะห์สัณฐาน (morphological analysis) ที่ฟริตซ์ สวิคกี้ (Fritz Zwicky) นักฟิสิกส์อวกาศชื่อดัง ผู้เชี่ยวชาญด้านอวกาศวิทยาจากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (California Institute of Technology) ใช้วิเคราะห์สสารมืด (dark matter) และเลนส์ความโน้มถ่วง (gravitational lensing) ตั้งแต่ปีทศวรรษ 1930

แล้ว “ถ้าจะควบคุมสมองให้ได้ ทางเลือกมีกี่แบบ ก็ถ้าจะควบคุม ก็ต้องใช้พลังงาน ที่จริงมันมีพลังงานอยู่ไม่กี่อย่างที่น่าจะเอามาใช้ได้ แรงกล แม่เหล็กและแน่นอนที่สุด แสง…”

“ถ้าให้ลิสต์และเขียนออกมา มันค่อนข้างสั้น” เอ็ดกล่าว

ตอนแรกเขาสนใจแม่เหล็ก แต่ในตอนนั้นการค้นพบแชนแนลโรดอปซิน-2 ในสาหร่ายคลามี่ (Chlamydomonas reinhardtii) ของเกออร์ก นาเกิล (Georg Nagel) และปีเตอร์ เฮเกมันน์ (Peter Hegemann) ออกมาพอดี (อีกสองคนที่ได้รางวัลโนเบลร่วมกับคาร์ล) แถมยังมีงานของเกโร มีเซนเบิค (Gero Miesenb?ck) ที่โชว์ให้เห็นได้อย่างชัดเจนว่าเซลล์ประสาทนั้นสามารถควบคุมได้ด้วยแสงเพียงแค่เอายีนโปรตีนท่อส่งไอออนที่ตอบสนองต่อแสงใส่เข้าไปในเซลล์ได้สำเร็จ

แม้ไอเดียของเกโรจะดี แต่เขาใช้แชนแนลจากตาแมลงหวี่ ซึ่งควบคุมได้ยากกว่าแชนแนลโรดอปซิน-2 จากสาหร่ายอย่างมาก

เอ็ดเล่าไอเดียของเขาให้คาร์ลฟัง คาร์ลเห็นด้วยและเริ่มเขียนอีเมลไปขอยีนแชนแนลโรดอปซิน-2 ของเกออร์ก

และหลังจากที่ทีมของเขาได้รับยีนจากเกออร์ก คาร์ลก็เริ่มสร้างระบบประสาทที่ควบคุมด้วยแสง รวมถึงระบบแสงสีฟ้าที่ใช้เปิดปิดสวิตช์ของเซลล์สมองด้วย

งานพิสูจน์ไอเดียออปโตเจเนติกส์ครั้งแรกจากทีมนี้ก็มาจากเขานี่แหละ (แต่เขาเองกลับแห้ว คาร์ลคือคนที่ได้โนเบล)

แต่เช่นเดียวกับเฟิง เอ็ดมีความสนใจที่หลากหลาย และด้วยมุมมองแบบต้นไม้ต่อยอดและทักษะทางวิศวกรรมอันเอกอุของเขา เขาได้เริ่มพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ ออกมาหลายอย่าง

แต่ที่เขาอยากทำมากที่สุด คือการวิจัยการเก็บข้อมูลเข้าสมอง เขาอยากที่จะอ่านข้อมูล และเขียนข้อมูลเข้าสมองให้ได้โดยตรง นี่คือสิ่งที่เขาอินมาก ยากมาก แต่เขาก็อยากทำ แม้งานวิจัยของเขาจะโดดเด่นตั้งแต่สมัยทำงานที่สแตนฟอร์ด แต่พอถึงเวลาหางานตำแหน่งอาจารย์ เอ็ดกลับเจอกับทางตัน เกือบทุกที่ปฏิเสธเขา สิ่งที่เขาอินอย่างมาก มหาวิทยาลัยส่วนใหญ่กลับไม่อินไปกับเขาด้วย

แต่ในที่สุด เขาก็ได้งานที่เอ็มไอที มหาวิทยาลัยที่เขาเคยเป็นลูกหม้อ …และเริ่มทีมวิจัยประสาทวิทยาขนาดใหญ่ แต่แทนที่จะสนใจแค่เรื่องประสาทวิทยา ทีมของเอ็ดมักโฟกัสไปกับการออกแบบเครื่องไม้เครื่องมือต่างๆ เพื่อการวิเคราะห์สมองและเซลล์ประสาท

และงานวิจัยที่โดดเด่นที่สุด เห็นจะเป็น expansion microscope หรือกล้องจุลทรรศน์แบบ (ตัวอย่าง) ยืดได้

ไอเดียนี้ผมชอบมาก เพราะเป็นแนวคิดที่นอกกรอบ ทะลุกรอบมากๆ

เพราะในงานนี้ เอ็ดและทีมวิจัยของเขา เฟย เฉิน (Fei Chen) และพอล ทิลล์เบิร์ก (Paul Tillberg) ตั้งคำถามถึงแนวคิดพื้นฐานในการออกแบบกล้องจุลทรรศน์ในแบบที่ไม่เคยมีใครตั้งคำถาม

“ทำไมเวลาที่เราจะขยายภาพ เราจะต้องโฟกัสไปที่ระบบเลนส์ที่มีกำลังขยายที่เพิ่มมากขึ้นเท่านั้น”

แล้วถ้าเราอยากเห็นตัวอย่างใหญ่ขึ้น …จำเป็นมั้ยที่เราต้องขยายภาพ?

ไอเดียของเขาพิลึกพิลั่นมาก …มาจากต้นไม้ทางเลือกนั่นแหละ

ถ้าเราอยากเห็นตัวอย่างใหญ่ขึ้น นอกจากการปรับเปลี่ยนระบบเลนส์ หรือระบบทัศนศาสตร์เพื่อให้ได้ภาพที่ใหญ่ขึ้นแล้ว เรายังทำอะไรได้อีก

แล้วเรามองต่างมุม เราอยากเห็นตัวอย่างใหญ่ขึ้น เราขยายตัวอย่างแทนได้ไหม

เอ็ดมองว่าถ้าเขาสามารถเอาตัวอย่างที่ย้อมเรียบร้อยแล้ว ไปฝังไว้ในโครงข่ายไฮโดรเจลพิเศษที่มีคุณสมบัติคล้ายๆ กับวัสดุดูดน้ำที่เจอในผ้าอ้อม ที่พอใส่น้ำเข้าไปแล้ว เจลก็จะพองใหญ่ ขยายตัว ทำให้จุดสีย้อมที่เคยอยู่ติดกัน ใกล้กันแบบเบียดเสียดเยียดยัดจนมองยังไงก็ดูเหมือนมีแค่จุดเดียว แยกห่างออกจากกันตามอัตราการพอง หรืออัตราการขยาย จนสามารถถ่ายรูปออกมาแล้วเห็นจุดเดียวแยกออกมาเป็นจุดหลายจุดแยกออกจากกันได้อย่างชัดเจน

เปรียบไปก็เหมือนรูปบนลูกโป่ง ตอนยังแฟบไม่ได้เป่าก็เล็ก ดูรายละเอียดก็ยาก แต่พอเป่าจนโป่ง ยืดขยาย รูปที่เคยเล็กก็ยืดขยายตาม ช่วยให้เราเห็นรายละเอียดภาพได้ชัดเจนมากยิ่งขึ้น

คือแทนที่จะขยายภาพ ก็ขยายตัวอย่างแทน กลายเป็นเทคนิคกล้องจุลทรรศน์แบบใหม่สำหรับตัวอย่างที่ยืดได้ พอตัวอย่างยืดขึ้น จากที่เคยขยายได้นิดเดียว ก็ขยายได้มากยิ่งขึ้น เห็นรายละเอียดมากขึ้น และสามารถทำความเข้าใจและตอบคำถามงานวิจัยได้มากยิ่งขึ้น

ต้องบอกว่าพิสดารจริงๆ ไอเดียกล้องจุลทรรศน์แบบยืดหดได้ในตอนนี้ ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลาย ในการศึกษาการกระจายตัวของโปรตีน เอนไซม์ เมตาโบไลต์ และอื่นๆ อีกมากมายในเซลล์ และในเนื้อเยื่อ

ก็ไม่รู้เหมือนกันนะ ว่าไอเดียสุดประหลาด แบบกล้องจุลทรรศน์แบบยืดได้นี้จะไปถึงดวงดาวไหม บางทีคราวนี้อาจจะไม่ “เกือบ” ของแบบนี้มันเดายาก

แต่ไม่ว่าจะยังไง ผมว่าเรื่องราวของเอ็ดก็อาจจะเป็นแรงบันดาลใจของใครหลายๆ คน

ได้ยินว่าตอนนี้ เขาเริ่มต่อยอดงานวิจัยไปขั้นต่อไปอีกแล้ว งานวิจัยล่าสุดของเขาคือการอ่านกิจกรรมไฟฟ้าแบบทั่วสมอง ซึ่งตอนนี้ทดลองทำแล้วในปลาม้าลาย

ใครจะรู้ “จากเด็กที่อยากเข้าใจความหมายของชีวิตคนหนึ่ง ค่อยๆ ตั้งคำถาม แล้วเดินตามความฝัน ไม่เคยหยุด แม้จะต้องเจอจุดพลิกผันมากมาย จากเคมี ไปคณิต ไปฟิสิกส์ ไปวิศวกรรมไฟฟ้า แล้วค่อยต่อไปยังชีววิทยา พยายามทำความเข้าใจสมอง จนสามารถสร้างเครื่องมือออกมามากมายเพื่อศึกษาชีวิตให้ละเอียดยิ่งขึ้น ทั้งออปโตเจเนติกส์ กล้องจุลทรรศน์แบบยืดได้ ไปจนถึงการอ่านสมองแบบองค์รวมโดยใช้การถ่ายภาพความต่างศักย์”