Ovládanie mozgu pomocou svetla: s optogenetikou je to možné

Reklama

Lekárski vedci študujú mozog už viac ako päťsto rokov - a po tom všetkom tajomný orgán má stále veľa tajomstiev. Nakoniec sa v posledných rokoch objavuje nová technika nazývaná „optogenetika“, ktorá môže vedcom pomôcť odhaliť tajomstvá mozgu (a liečiť jeho poruchy) úplne novým spôsobom.

Prečo potrebujeme optogenetiku?

V mnohých ohľadoch je úžasné, že psychiatrické lieky fungujú vôbec. Súčasný stav - to najlepšie, čo môže moderná veda urobiť - je ponorenie mozgu do chemického kúpeľa a dúfanie, že to bude jedna vec, o ktorú sa zaujímame. A... je to druh práce! Niekedy.

Existujú lieky, ktoré sú veľmi účinné pri liečení depresie, OCD, bipolárnej poruchy a Parkinsonovej choroby. Často sú preplnené nepríjemnými vedľajšími účinkami. Lieky, ktoré fungujú dobre, boli často objavené iba pokusom a omylom. Vedci v mnohých prípadoch nemajú podrobné znalosti o tom, ako mozog pracuje na dosiahnutí normálnej funkcie - alebo ako to funguje, keď nefunguje správne. Tieto medzery vo vedomostiach je ťažké vyriešiť tradičnými spôsobmi štúdia mozgu a obmedzujú schopnosť vyvíjať účinné terapie.

Psychiatri a neurológovia by skutočne chceli úplný prístup do mozgu pri čítaní a zápise: schopnosť dosiahnuť vnútri niekoho hlavy a vzrušiť alebo potláčajú ľubovoľné skupiny neurónov s rozlíšením jedného neurónu, čo nám umožňuje izolovať populácie, ktoré sú nefunkčné, a opraviť ich správanie v reálny čas. Nanešťastie je prasknutie niekoho hlavy otvorením a spustením káblov do každého neurónu nepraktické.

Sľub optogenetiky je, že v skutočnosti môže lekárom umožniť dosiahnuť niečo podobné tomuto prístupu.

Ako vedci používajú svetlo na ovládanie mozgu

Funguje to takto: vedci najprv injekčne podajú vírus geneticky upraveným vírusom, ktorý je určený na infikovanie mozgového tkaniva. Stovky miliárd kópií vírusu zaplavia mozog a vstreknú ich užitočné zaťaženie do nervových buniek, keď sa s nimi stretnú.

Tieto vírusy nie sú škodlivé: tieto vírusy boli navrhnuté tak, aby namiesto škodlivého, samoreprodukujúceho sa užitočného zaťaženia navrhli vedci dodajú nezhubný reťazec DNA, ktorý kóduje špeciálne povrchové proteíny, ktoré reagujú na špecifické vlnové dĺžky svetla. Vírusy jednoducho slúžia ako injekčné striekačky na jedno použitie na dodanie špeciálnej DNA do buniek.

Neuróny začleňujú túto špeciálnu DNA a ak sú podmienky správne, exprimujú povrchové proteíny, ktoré ich zapaľujú pri stimulácii svetlom - rovnaké druhy proteínov, ktoré používajú ľudské bunky sietnice na detekciu svetla a formy snímky. Vedci si môžu tak, že upravia DNA tak, aby bola čo najrýchlejšia, keď sa exprimuje, vybrať, ktoré druhy neurónov (existujú tisíce odrôd) exprimujú povrchový proteín a budú reagovať na svetlo.

Potom dôkladnou kontrolou, kde na mozgu svieti svetlo, konkrétne miesta, ktoré sú stimulované alebo depresia sa dá ovládať s presnosťou na milimeter, čo je stupeň kontroly, ktorý nikdy predtým nebol je to možné. Ešte lepšie je, že môže dôjsť k ovplyvneniu mnohých oblastí mozgu bez toho, aby bolo potrebné prerezávať alebo navliecť drôty cez mozgovú hmotu, čo robí tento postup omnoho bezpečnejším ako bežné formy stimulácie mozgu.

Podľa Ed Boyden, profesor bioinžinierstva a neurovedy na MIT,

Ak dokážete ovládať bunky v mozgu, môžete zistiť, aká je ich sila, čo môžu ovplyvniť - a tiež, ak dokážete ovládať bunky v mozgu, dokáže opraviť aberantné stavy mozgu a môžete vytvoriť nové druhy liečby, čím sa odstránia výpočty, ktoré sa v neurologickom alebo psychiatrickom tele obávali. porucha

Môžete si pozrieť pomerne technickú (ale mimoriadne zaujímavú) prednášku o technikách a metodike nižšie:

Čo môžete robiť s optogenetikou?

Predstavte si, že výskumný pracovník chce lepšie pochopiť, ako depresia funguje. Výskumník teda zbiera niektoré depresívne myši (nepýtajte sa, ako vedci vytvárajú depresívne myši, čo nechcete vedieť) a začne testovanie.

Kontrolujú rôzne druhy neurónov a rôzne oblasti mozgu a sledujú, čo sa stane, keď stimulujete alebo depresujete tieto oblasti a tieto druhy neurónov. Niektoré experimentálne skupiny sú šťastnejšie - iné sú depresívne: väčšina z nich ani neurobí. Zúžením toho, ktoré populácie sú príbuzné a ako ovplyvňujú výsledok, výskumník pomaly vytvára hlbokú podrobnú funkčnú mapu mozgu: izoláciu strojov radosti.

Toto je druh experimentu, ktorý optogenetika umožňuje, a to umožňuje vedcom hlbšie pochopiť rôzne mentálne funkcie a spôsoby, ako sa môžu pokaziť.

Optogenetika už viedla k zaujímavým potenciálnym poznatkom o sluchových halucináciách schizofrénie. Podľa Dr. Karl Deisseroth z Stanfordskej univerzity to bolo teraz sa zdá pravdepodobné že hlasy sú v skutočnosti normálnymi zložkami vnútorného monológu nesprávne interpretované ako vonkajší vplyv.

„Môže to byť zle rozpoznaná verzia vnútorných myšlienok. Informácie, že myšlienka skutočne pochádza od seba, sa stratia. Je to vnímané ako cudzia vec, hovoriaci hlasom. […] [Pred optogenetikou] to nebolo možné zistiť, pretože neexistoval spôsob, ako selektívne kontrolovať [bunky] v správnom časovom rámci. “

Tieto druhy poznatkov sú vedecky dôležité a mohli by viesť k lepším liekom a terapiám, ako aj k zodpovedaniu starodávnych záhad o povaha vedomia a inteligencie Mysliace stroje: Čo nám môžu neurovedy a umelá inteligencia naučiť o vedomíMôže nás stavba umelo inteligentných strojov a softvéru učiť o fungovaní vedomia ao povahe samotnej ľudskej mysle? Čítaj viac .

V blízkej budúcnosti môžu lekári získať informácie, ktoré získajú z týchto experimentov, otočiť ich, a používať optogenetiku u skutočných pacientov na ovplyvnenie neurologických aktivít, ktoré prispievajú depresie. Optogenetika umožňuje lekárom nielen študovať mozog, ale tiež ho meniť s väčšou presnosťou, ako bolo doteraz možné.

Budovanie Sanity Hat

Bohužiaľ, pravdepodobne nie je možné použiť optogenetiku na človeka neinvazívne. Lebka je jednoducho príliš hrubá, preto je potrebné cez ňu privádzať káble z optických vlákien. Toto je veľká operácia as tým spojené riziká, nad rámec toho, čo sa bežne vyskytuje na začiatku liečebného cyklu.

Tieto terapie však majú potenciál byť oveľa účinnejšie a majú menej vedľajších účinkov, takže pravdepodobne bude stáť za to veľa pacientov. Už sa uskutočnil výskum v používaní elektrických zariadení mozgové kardiostimulátory na liečenie ťažkej depresiea výsledky sú veľmi sľubné. Budúce terapie založené na optogenetike budú pravdepodobne menej invazívne a účinnejšie: akonáhle sa mozog vybaví správne umiestneným káblov z optických vlákien, možno zasunutých do nosa, aby sa predišlo porušeniu lebky, zvyšok hardvéru je možné uložiť zvonka, aby sa uľahčilo Prístup. Samotný implantát (káble z optických vlákien a laserové diódy) by potreboval iba napájanie a riadiaci signál, čo by sa jedného dňa mohlo poskytnúť bezdrôtovo.

Zvyšok hardvéru (počítač, batéria atď.) By sa mohol nosiť zvonka, čo by lekárovi pacienta umožnilo preprogramovať ho podľa potreby bez potreby ďalšieho chirurgického zákroku.

Okrem nápravy duševných chorôb poskytuje optogenetika tiež oveľa viac biokompatibilný a menej invazívny spôsob, ako priamo stimulujú nervové bunky v mozgu a tele ako konvenčné implantované elektródy, ktoré by smerovali k dlhej ceste making implantáty zvyšujúce transhumanistický štýl Zapojenie mozgu a tela - budúcnosť implantovaných počítačovSo súčasným trendom technických inovácií a pokroku je teraz vhodný čas na preskúmanie stavu techniky v oblasti počítačov a človeka. Čítaj viac praktickejšie.

Aby sme to vyjasnili, toto všetko je ešte ďaleko: optogenetika je v súčasnosti veľmi rozšíreným výskumným nástrojom ( pokryl experimenty, ktoré ho predtým používali Experiment s ľahkou pamäťou ovplyvňuje mozgy myší ako neurolyzér MIBPamätáte si, kedy Smith a Tommy Lee Jones použijú neuralyzer na vymazanie spomienok ľudí? Vedci z UC Davis úspešne „vymazali špecifické spomienky“ u myší pomocou svetla. Čítaj viac ). Jeho úloha klinickej terapie je však najmenej desať rokov alebo dve a môže byť nahradená inými technikami, ktoré môžu priniesť podobné výsledky invazívne.

Vyhliadka je stále vzrušujúca a niektoré aplikácie sa môžu vyskytnúť skôr. Napríklad je to možný používať optogenetiku na vytváranie lepších kochleárnych implantátov s oveľa väčšou presnosťou.

Nie je to naozaj strašidelné?

Niektorí z vás, ktorí to čítajú, už uší vaše ušami pevnejšie klobúky, a to je celé spravodlivý: tento prístup do mozgu je bezprecedentný, mimo určitej značky hysterickej vedy fiction. O možnosti zneužitia sa oplatí diskutovať.

Ak môžete vykonávať dostatočnú kontrolu nad mozgom, aby ste napravili depresiu a schizofréniu a poruchy osobnosti, mohli by ste byť tiež schopný uplatňovať dostatočnú kontrolu na preprogramovanie sexuálnej orientácie niekoho - alebo lobotomizáciu nerušených detí a väzni. Riziko, že sa rodičia budú snažiť používať takúto technológiu na vynútenie zmien identity svojich detí, je ktorý otvára úplne nové etické obavy, s ktorými sa bude liek zaoberať prvýkrát vôbec.

Okrem toho z hľadiska jednoduchého počítačového zabezpečenia veľa moderných lekárskych prístrojov jednoducho nie je dostatočne zabezpečených a v niektorých prípadoch môžu byť hacknuté bezdrôtovo. Takýto kompromis je strašidelný s kardiostimulátorom, ale je skutočne desivé, keď uvážite vyhliadku, že by útočník mohol (potenciálne) opicu okolo vašej hlavy bez povolenia.

Vedci pracujúci na týchto terapiách o týchto problémoch nevedia. Karl Deisseroth v rovnakom rozhovore citovanom vyššie poukázal na to isté:

„Špecifickosť optogenetiky vyvoláva otázku, ako presne by človek mohol vyladiť mozog, aby skutočne vytvoril jednotlivca s rôznymi potrebami, túžbami, prioritami, pocitmi […] existuje znepokojivý aspekt, ktorý vyvoláva otázky zadarmo áno. "

Tieto obavy sú však stále bledé v porovnaní s obrovským počtom ľudí, ktorí strašne trpia súčasnými neliečiteľnými psychiatrickými chorobami, ktoré má optogenetika potenciál pomôcť. Táto technológia je užitočnejšia ako nebezpečná a, ako sa vyvíja v nasledujúcich niekoľkých desaťročiach, môže radikálne zmeniť povahu terapie duševného zdravia.

Co si myslis? Strašidelné, chladné alebo niekde medzi? Má optogenetika potenciál pomôcť vám osobne? Dajte nám vedieť v komentároch!

Obrázok Kredit: neuróny Cez Shutterstock "Alobal," Autor: Russ Walker