Контрола мозга светлошћу: Могућа је оптогенетика

Реклама

Медицински научници проучавају мозак више од пет стотина година - и након свега тога, загонетни орган и даље чува обиље тајни. Коначно, током последњих неколико година, појавила се нова техника која се зове „оптогенетика“, а која ће научницима помоћи да разоткрију тајне мозга (и лече његове поремећаје) на потпуно нов начин.

Зашто нам је потребна оптогенетика?

На много начина, невероватно је да психијатријски лекови уопште делују. Стање уметности - што је најсавременија наука коју могу учинити - значи урањање мозга у хемијску купку и надајући се да ће то учинити оно што нас занима. И... некако делује! Понекад.

Постоје лекови који су веома моћни за лечење депресије, ОЦД, биполарног поремећаја и Паркинсонове болести. Често су препун непријатних нуспојава. Лекове који добро делују често су откривени само покушајем и грешкама. У многим случајевима научници немају детаљно разумевање како мозак ради да би постигао нормалну функцију - или како функционише када не ради. Те празнине у знању тешко је отклонити традиционалним начинима проучавања мозга и ограничавају способност развоја ефикасних терапија.

Оно што би психијатри и неуролози заиста желели је потпуни приступ читању и писању мозгу: способност да се досегне у нечију главу и узбуђује или сузбити произвољне групе неурона, резолуцијом једног неурона, дозвољавајући нам да изолујемо популације које су нефункционалне и исправимо њихово понашање у реалном времену. Нажалост, пуцање нечије отворене главе и покретање жица за сваки неурон је непрактично.

Оптогенетика обећава да ће лекари заправо моћи да омогуће нешто блиско таквој врсти приступа.

Како научници користе светлост за контролу мозга

Ево како то функционише: прво, истраживачи убризгавају субјект генетски инжењерским вирусом, дизајнираним да инфицира мождано ткиво. Стотине милијарди копија вируса преплављују мозак, убризгавајући њихов терет у нервне ћелије док се нађу у њему.

Ови вируси нису штетни: уместо да испоручују злонамерни, самообнављајући се корисни терет, ови вируси су дизајнирани од стране научници испоручују доброћудни ланац ДНК који кодира посебне површинске протеине који реагују на одређене таласне дужине светлости. Вируси једноставно служе као шприцеви за једнократну употребу да би испоручили посебан ДНК ћелијама.

Неурони садрже ову специјалну ДНК и, ако су услови прави, експримирају површинске протеине који их проузрокују када се стимулишу светлошћу - исте врсте протеина које људске ћелије мрежнице користе да детектују светлост и облик слике. Изменама ДНК који ће бити избирљивији када се изрази, научници могу да бирају које ће врсте неурона (постоје хиљаде сорти) изражавати површински протеин и да ће реаговати на светлост.

Затим пажљивим надзором места где светлост лучи мозак, одређене локације које се стимулишу или депресивно се може контролисати сублимилиметрском прецизношћу, степеном контроле који никада раније није био могуће. Што је још боље, многи делови мозга могу бити погођени без потребе за резањем или струкањем жица кроз мождане материје, чинећи поступак много сигурнијим од конвенционалних облика стимулације мозга.

Према Ед Боиден-у, професор биоинжињеринга и неурознаности на МИТ-у,

Ако можете да контролишете ћелије у мозгу, можете схватити која је њихова моћ, на шта они могу утицати - и, такође, ако можете да контролишете ћелије у мозгу, можете да поправите апсурдна стања мозга и можете да створите нове врсте терапије, узимајући у обзир рачуне који су прошли по злу у неуролошкој или психијатријској поремећај

Можете погледати прилично техничко (али изузетно занимљиво) предавање о техникама и методологији у наставку:

Шта можете учинити са оптогенетиком?

Замислите да истраживач жели боље да схвати како депресија функционише. Дакле, истраживач прикупља неке депресивне мишеве (не питајте како истраживачи стварају депресивне мишеве, не желите да знате) и започиње тестирање.

Они проверавају различите врсте неурона и различите области мозга и виде шта се дешава када стимулишете или притиснете те области и те врсте неурона. Неке експерименталне групе постају сретније - неке постају депресивније: већина не ради ни једно ни друго. Сужавањем популације која је повезана и како они утичу на исход истраживач полако гради дубоку, детаљну функционалну мапу мозга: изолирајући машине радости.

Ово је врста експеримента коју омогућава оптогенетика и она треба научницима дати дубље разумевање различитих менталних функција и начина на који могу поћи по злу.

Већ је оптогенетика довела до неких занимљивих потенцијалних увида у слушне халуцинације шизофреније. Према др Карлу Деиссеротху са Универзитета Станфорд, то је сада изгледа вероватно да су гласови у ствари нормалне компоненте унутрашњег монолога које се погрешно тумаче као спољни утицај.

„То је можда слабо препозната верзија унутрашњих мисли. Некако се губе информације да једна мисао заиста долази од себе. То се посматра као страна ствар, говор који говори. […] [Пре оптогенетике] није било начина да се то сазна јер није било начина да селективно контролише [ћелије] у правом временском размаку. "

Овакве врсте увида су научно важне и могле би довести до бољих лекова и терапија, као и одговора древних мистерија о природа свести и интелигенције Машине за размишљање: Шта нас неуронаука и вештачка интелигенција могу научити о свестиДа ли изградња вештачки интелигентних машина и софтвера може да нас научи о раду свести и природи самог људског ума? Опширније .

У скорој будућности лекари ће можда моћи да схвате увид у ове експерименте, да их окрену, и користити оптогенетику на стварним пацијентима како би утицали на неуролошке активности које доприносе депресија. Оптогенетика омогућава лекарима не само да проучавају мозак, већ и да га измене са далеко већом прецизношћу него што је то раније било могуће.

Изградња шехирског шешира

Нажалост, вероватно није могуће користити оптогенетику на људима неинвазивно. Лобања је једноставно превише густа, па је кроз њу потребно уносити оптичке каблове. Ово је велика операција и с њом су повезани ризици, изнад и изван онога што је уобичајено укључено у почетак курса психијатријских лекова.

Међутим, дотичне терапије могу бити много ефикасније и имати мање нуспојава, тако да ће вероватно бити вредно код многих пацијената. Већ постоје истраживања о кориштењу електричних пејсмејкери мозга за лечење тешке депресије, а резултати су врло обећавајући. Будуће терапије засноване на оптогенетикама ће вероватно бити мање инвазивне и ефикасније: једном када је мозак постављен правилно постављеним оптички каблови, можда убачени кроз нос како би се избегло ломљење лобање, остатак хардвера може се складиштити споља, ради лакшег приступ. Сам имплантат (оптички каблови и ласерске диоде) требао би само напајање и контролни сигнал, што би се једног дана могло пружити бежично.

Остатак хардвера (рачунар, батерија и тако даље) потенцијално се може носити споља, омогућавајући пацијенту да га лекар репрограмира по потреби, без потребе за додатним оперативним захватима.

Осим исправљања менталних болести, оптогенетика такође омогућава много биокомпатибилнији и мање инвазиван начин стимулишу нервне ћелије у мозгу и телу у односу на конвенционалне имплантиране електроде, што би значило дуг пут прављење имплантати који побољшавају перформансе трансхуманистичког стила Укључивање у ваш мозак и тело - будућност имплантираних рачунараСа тренутним трендом техничких иновација и напретка, сада је право време да се истражи стање технике у рачунарско-људским технологијама. Опширније практичнији.

Да будемо јасни, ово је још увек далеко: оптогенетика је тренутно широко кориштен истраживачки алат (ми смо покривени експерименти користећи га раније Експеримент лагане меморије утиче на мозак мишева као на МИБ неурализаторуСетите се када су Вилл Смитх и Томми Лее Јонес користили неурализатор да би избрисали сећања људи? Па, УЦ Давис истраживачи су успешно "избрисали специфична сећања" унутар мишева помоћу светлости. Опширније ). Међутим, његова улога као клиничка терапија је удаљена најмање деценију или две, и може их добро заменити другим техникама које могу дати сличне резултате мање инвазивно.

Ипак, изгледи су узбудљиви, а неке апликације могу стићи и раније. На пример, то је могуће да користе оптогенетику за изградњу бољих кохлеарних имплантата са много већом прецизношћу.

Није ли ово све заиста застрашујуће?

Неки од вас који ово читате већ цртају капе за тинфоил око ушију и то у потпуности фер: овакав приступ мозгу је без преседана, изван одређене марке хистеричне науке фикција. Потенцијал за злоупотребу је барем вредан разговора.

Ако можете да вршите довољно контроле над мозгом да поправите депресију и шизофренију и поремећаје личности, можда такође бити у могућности да изврше довољно контроле да репрограмирају нечију сексуалну оријентацију - или да лоботомишу децу и затвореници. Ризик родитеља који покушавају да користе такву технологију да би приморали на промену идентитета на своју децу је онај који отвара потпуно нове етичке бриге којима ће се медицина бавити први пут икад.

Поред тога, из перспективе безбедности рачунара, многи савремени медицински уређаји једноставно нису довољно безбедни и могу се хаковати, у неким случајевима бежично. Такав компромис је довољно застрашујуће помоћу пејсмејкера, али постаје заиста застрашујуће када узмете у обзир да би нападач могао (потенцијално) мајмуна око ваше главе без одобрења.

Научници који раде на овим терапијама нису свесни ових питања. Карл Деиссеротх, у истом горе цитираном интервјуу, изнео је исту тачку:

„Специфичност оптогенетике поставља питање колико би тачно могао мозгати мозак да заиста створи појединца са различитим потребама, жељама, приоритетима, осећањима […] постоји и узнемирујући аспект, који поставља бесплатна питања воља."

Ипак, ове забринутости блиједе у односу на огроман број људи који ужасно пате од тренутно неизлијечивих психијатријских болести којима оптогенетика може помоћи. Ова технологија је кориснија него што је опасна и, како се развија током следећих неколико деценија, може радикално променити природу терапије менталног здравља.

Шта мислиш? Страшно, цоол, или негде између? Да ли оптогенетика има потенцијал да вам лично помогне? Јавите нам у коментарима!

Кредитна слика: Неурони Виа Схуттерстоцк, "Алуфолија," Аутор Русс Валкер