Контроль мозга с помощью света: это возможно с помощью оптогенетики

Реклама

Ученые-медики изучают мозг более пятисот лет, и после всего этого времени загадочный орган все еще хранит множество секретов. Наконец, всего за последние несколько лет появляется новая методика, называемая «оптогенетика», которая может помочь ученым разгадать секреты мозга (и вылечить его расстройства) совершенно новым способом.

Зачем нам нужна оптогенетика?

Во многих отношениях удивительно, что психиатрические лекарства работают вообще. Современное состояние - самое лучшее, что может сделать современная наука, - это погружение мозга в химическую ванну и надежда на то, что он делает то, что нас интересует. И... это отчасти работает! Иногда.

Есть лекарства, которые очень эффективны для лечения депрессии, ОКР, биполярного расстройства и болезни Паркинсона. Они часто пронизаны неприятными побочными эффектами. Лекарства, которые хорошо работают, часто открывались не более чем методом проб и ошибок. Во многих случаях ученые не имеют детального понимания того, как мозг работает для достижения нормальной функции - или как он работает, когда он работает со сбоями. Эти пробелы в знаниях трудно устранить с помощью традиционных способов изучения мозга и ограничивают возможности разработки эффективных методов лечения.

Психиатрам и неврологам на самом деле нужен полный доступ для чтения и записи к мозгу: способность проникать внутрь чьей-то головы и возбуждать или подавлять произвольные группы нейронов с разрешением в один нейрон, что позволяет нам изолировать популяции, которые являются нефункциональными, и корректировать их поведение в в реальном времени К сожалению, взломать чью-то голову и проложить провода к каждому нейрону нецелесообразно.

Перспектива оптогенетики заключается в том, что она может позволить врачам достичь чего-то близкого к такому доступу.

Как ученые используют свет для управления мозгом

Вот как это работает: во-первых, исследователи вводят субъекту генно-инженерный вирус, предназначенный для заражения мозговой ткани. Сотни миллиардов копий вируса наводняют мозг, вводя их полезные нагрузки в нервные клетки, когда они сталкиваются с ними.

Эти вирусы не являются вредными: вместо того, чтобы доставлять вредоносную, самовоспроизводящуюся полезную нагрузку, эти вирусы были разработаны ученые поставили доброкачественную цепь ДНК, которая кодирует специальные поверхностные белки, которые реагируют на определенные длины волн света. Вирусы просто служат одноразовыми шприцами для доставки специальной ДНК в клетки.

Нейроны включают эту особую ДНК и, если условия правильные, экспрессируют поверхностные белки, которые вызывают их возгорание. при стимуляции светом - те же самые белки, которые используются клетками сетчатки человека для обнаружения света и формирования изображений. Изменяя ДНК, чтобы она была более требовательной, когда она выражает себя, ученые могут выбирать, какие виды нейронов (существуют тысячи разновидностей) экспрессируют поверхностный белок и будут реагировать на свет.

Затем, тщательно контролируя, где свет распространяется на мозг, конкретные места, которые стимулируются или депрессия может контролироваться с точностью до миллиметра, уровень контроля, который никогда ранее не был возможный. Более того, многие области мозга могут быть затронуты без необходимости разрезать или продевать провода через мозговое вещество, делая процедуру намного более безопасной, чем обычные формы стимуляции мозга.

По словам Эда Бойденапрофессор биоинженерии и нейробиологии в Массачусетском технологическом институте,

Если вы можете контролировать клетки в мозге, вы можете выяснить, какова их сила, на что они могут влиять - и, кроме того, если вы можете контролировать клетки в мозге, вы может исправить аберрантные состояния мозга, и вы можете создавать новые виды терапии, пересчитывая вычисления, которые были ошибочными в неврологическом или психиатрическом расстройство

Вы можете посмотреть довольно техническую (но чрезвычайно интересную) лекцию о методах и методологии ниже:

Что вы можете сделать с Optogenetics?

Представьте, что исследователь хочет лучше понять, как работает депрессия. Итак, исследователь собирает несколько мышей с депрессией (не спрашивайте, как исследователи создают мышей с депрессией, вы не хотите знать), и начинает тестирование.

Они проверяют различные виды нейронов и различные области мозга и смотрят, что происходит, когда вы стимулируете или подавляете эти области и эти типы нейронов. Некоторые экспериментальные группы становятся счастливее, другие - более подавленными: большинство не делают ни того, ни другого. Сужая, какие популяции связаны и как они влияют на результат, исследователь медленно строит глубокую, детальную функциональную карту мозга: изолируя механизмы радости.

Это тот тип эксперимента, который позволяет оптогенетика, и он дает ученым более глубокое понимание различных психических функций и путей, которыми они могут ошибаться.

Оптогенетика уже привела к некоторым интересным потенциальным взглядам на слуховые галлюцинации шизофрении. По словам доктора Карла Дейссерота из Стэнфордского университета, это сейчас кажется вероятным что голоса, на самом деле, являются нормальными компонентами внутреннего монолога, который неверно истолковывается как внешнее влияние.

«Это может быть плохо узнаваемая версия внутренних мыслей. Каким-то образом информация о том, что мысль действительно исходит от самого себя, теряется. Это рассматривается как чуждая вещь, голос говорящий. […] [До оптогенетики] не было никакого способа узнать это, потому что не было способа избирательно контролировать [клетки] в нужном масштабе времени ».

Такого рода идеи важны с научной точки зрения и могут привести к улучшению лекарств и методов лечения, а также к ответу на древние загадки о природа сознания и интеллекта Мыслительные машины: чему нейронаука и искусственный интеллект могут научить нас о сознанииМожет ли создание искусственно интеллектуальных машин и программного обеспечения научить нас работе сознания и природе самого человеческого разума? Прочитайте больше .

В ближайшем будущем врачи смогут получить представление, которое они получают из этих экспериментов, перевернуть их, и использовать оптогенетику на реальных пациентах, чтобы повлиять на неврологические активности, которые способствуют депрессия. Оптогенетика позволяет врачам не только изучать мозг, но и изменять его с гораздо большей точностью, чем это было возможно ранее.

Создание Шляпы Здоровья

К сожалению, вероятно, не возможно использовать оптогенетику на людях неинвазивно. Череп просто слишком толстый, поэтому через него необходимо пропустить оптоволоконные кабели. Это серьезное хирургическое вмешательство, с которым связаны риски, помимо того, что обычно связано с началом курса психиатрического лечения.

Тем не менее, рассматриваемые методы лечения могут быть намного более эффективными и иметь меньше побочных эффектов, поэтому, вероятно, это будет стоить этого для многих пациентов. Там уже были исследования по использованию электрических кардиостимуляторы для лечения тяжелой депрессиии результаты очень многообещающие. Будущие методы лечения, основанные на оптогенетике, вероятно, будут менее инвазивными и более эффективными: как только мозг будет настроен правильно волоконно-оптические кабели, возможно, вводятся через нос, чтобы избежать повреждения черепа, остальная часть оборудования может храниться снаружи, для удобства доступ. Самому имплантату (волоконно-оптическим кабелям и лазерным диодам) потребовались бы только питание и управляющий сигнал, то есть то, что однажды может быть обеспечено беспроводным способом.

Остальную часть оборудования (компьютер, батарею и т. Д.) Можно носить снаружи, что позволяет врачу пациента перепрограммировать его по мере необходимости, не требуя дополнительной операции.

Помимо коррекции психических заболеваний, оптогенетика также обеспечивает гораздо более биосовместимый и менее инвазивный способ стимулировать нервные клетки в мозге и теле, чем обычные вживленные электроды, которые будут иметь большое значение для изготовление имплантаты, улучшающие производительность в стиле трансгуманизма Включение вашего мозга и тела - будущее имплантированных компьютеровС нынешней тенденцией технических инноваций и прогресса, сейчас хорошее время, чтобы изучить современное состояние в области компьютерных технологий. Прочитайте больше более практичным.

Чтобы было ясно, это все еще далеко: оптогенетика является широко используемым инструментом исследования в настоящее время (мы покрыл эксперименты, используя это прежде Эксперимент по легкой памяти воздействует на мозг мышей, как MIB NeuralyzerПомните, когда Уилл Смит и Томми Ли Джонс использовали нейролизер, чтобы стереть воспоминания людей? Что ж, исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе успешно «стерли специфические воспоминания» у мышей, используя свет. Прочитайте больше ). Тем не менее, его роль в качестве клинической терапии составляет не менее десяти или двух лет, и вполне может быть заменена другими методами, которые могут обеспечить аналогичные результаты менее инвазивным.

Тем не менее, перспектива является захватывающей, и некоторые приложения могут прийти раньше. Например, это возможный использовать оптогенетику для создания лучших кохлеарных имплантатов с гораздо большей точностью.

Разве это не все страшно?

Некоторые из вас, читающих это, уже затягивают ваши уши из фольги вокруг ваших ушей, и это полностью справедливо: этот вид доступа к мозгу беспрецедентен, вне определенной истерической науки художественная литература. Потенциал для злоупотребления, по крайней мере, стоит обсудить.

Если вы можете осуществлять достаточный контроль над мозгом, чтобы устранить депрессию, шизофрению и расстройства личности, вы можете также быть в состоянии обеспечить достаточный контроль, чтобы перепрограммировать чью-то сексуальную ориентацию - или лоботомизировать шумных детей и заключенных. Риск родителей, пытающихся использовать такую ​​технологию, чтобы навязать изменения идентичности своим детям, тот, который открывает совершенно новые этические проблемы, с которыми медицина будет иметь дело впервые Когда-либо.

Помимо этого, с точки зрения простой компьютерной безопасности, многие современные медицинские устройства просто недостаточно защищены и могут быть взломаны, в некоторых случаях беспроводным способом. Такой компромисс достаточно страшно с кардиостимулятором, но это становится действительно ужасающим, если учесть, что злоумышленник может (потенциально) обезьянить в вашей голове без разрешения.

Ученые, работающие над этими методами лечения, не знают об этих проблемах. Карл Дайссерот в том же интервью, приведенном выше, поднял ту же мысль:

«Специфика оптогенетики ставит вопрос о том, как точно можно настроить мозг, чтобы действительно создать человека с различными потребностями, желаниями, приоритетами, чувствами […] есть и тревожный аспект, который поднимает вопросы свободного буду."

Тем не менее, эти проблемы бледны по сравнению с огромным количеством людей, ужасно страдающих от неизлечимых в настоящее время психических заболеваний, которым оптогенетика может помочь. Эта технология более полезна, чем опасна, и, поскольку она будет развиваться в течение следующих нескольких десятилетий, может радикально изменить характер психиатрической терапии.

Что вы думаете? Страшно, круто или где-то посередине? Оптогенетика может помочь вам лично? Дайте нам знать об этом в комментариях!

Кредит изображения: Нейроны Via Shutterstock, "Фольга," Расс Уокер