Kontrola mozga svjetlom Moguća je s optogenetikom

Medicinski znanstvenici proučavaju mozak više od pet stotina godina - i, nakon svega toga, zagonetni organ još uvijek čuva puno tajni. Konačno, samo u posljednjih nekoliko godina, nova tehnika nazvana “optogenetics” nastaje, što može pomoći znanstvenicima da razotkriju moždane tajne (i liječe njegove poremećaje) na potpuno novi način.

Zašto nam je potrebna optogenetika?

Na mnoge načine je nevjerojatno da psihijatrijski lijekovi uopće djeluju. Stanje tehnike - što najbolje moderna znanost može učiniti - znači uranjanje mozga u kemijsku kupku i nada se da će to učiniti ono što nas zanima. I ... to djeluje! Ponekad.

Postoje lijekovi koji su vrlo moćni za liječenje depresije, OCD, bipolarnog poremećaja i Parkinsonove bolesti. Često su ih opsjedale neugodne nuspojave. Lijekovi koji djeluju dobro često su otkriveni samo pokušajem i pogreškama. U mnogim slučajevima, znanstvenici nemaju detaljno razumijevanje kako mozak funkcionira kako bi postigao normalnu funkciju - ili kako to radi kada ne radi pravilno. Te se praznine u znanju teško otkloniti tradicionalnim načinima proučavanja mozga i ograničavaju sposobnost razvoja učinkovitih terapija.

Ono što bi psihijatri i neurolozi zapravo željeli jest potpuni pristup čitanju i pisanju mozgu: sposobnost da dođemo do nečije glave i uzbudimo ili potisnemo proizvoljne skupine neurona, s razlučivošću jednog neurona, omogućujući nam da izoliramo populacije koje su nefunkcionalne i ispravimo ih ponašanje u stvarnom vremenu. Nažalost, pucanje nečije glave i pokretanje žica za svaki neuron je nepraktično.

Optogenetika obećava da će liječnici zapravo moći postići nešto što je blisko takvoj vrsti pristupa.

Kako znanstvenici koriste svjetlost za kontrolu mozga

Evo kako to djeluje: prvo, istraživači ubrizgavaju subjekt genetski inženjeriranim virusom, dizajniranim da inficira moždano tkivo. Stotine milijardi primjeraka virusa preplavljuju mozak, ubrizgavajući njihov teret u živčane stanice dok se susretnu s njima.

Ovi virusi nisu štetni: umjesto da donose zlonamjerni, samoobnavljajući se korisni teret, ovi virusi su dizajnirali znanstvenike da isporuče benigni lanac DNA koji kodira posebne površinske proteine ​​koji reagiraju na određene valne duljine svjetlosti. Virusi jednostavno služe kao šprice za jednokratnu upotrebu da bi stanicama isporučili poseban DNK.

U neurone je ugrađena ova posebna DNK, i ako su uvjeti pravi, izrazite površinske bjelančevine koje uzrokuju da se aktiviraju svjetlom - iste vrste proteina koje ljudske stanice mrežnice koriste za otkrivanje svjetlosti i oblikovanje slika. Promjenjujući DNK koji će biti izbirljiviji kada se izražava, znanstvenici mogu odabrati koje vrste neurona (postoje tisuće sorti) izražavaju površinski protein i odgovorit će na svjetlost.

Zatim pažljivim nadzorom gdje svjetlost svijetli na mozgu, specifičnim mjestima koja su potaknuta ili pritisnuta mogu se kontrolirati sublimilimetrskom preciznošću, stupanj kontrole koji nikad ranije nije bio moguć. Što je još bolje, mnoga područja mozga mogu biti pogođena bez potrebe za rezanjem ili strukanjem žica kroz moždanu tvar, čineći postupak mnogo sigurnijim od klasičnih oblika mozakne stimulacije.

Prema Ed Boydenu, profesoru bioinžinjeringa i neuroznanosti na MIT-u,

Ako možete kontrolirati stanice u mozgu, možete shvatiti koja je njihova snaga, na što one mogu utjecati - i, također, ako možete kontrolirati stanice u mozgu, možete popraviti abnorantna stanja mozga i možete stvoriti nove vrste terapije , rezultirajući računanjem koji su prošli krivo u neurološkom ili psihijatrijskom poremećaju

Možete pogledati prilično tehničko (ali izuzetno zanimljivo) predavanje o tehnikama i metodologiji u nastavku:

Što možete učiniti s optogenetikom?

Zamislite da istraživač želi bolje razumjeti kako djeluje depresija. Dakle, istraživač prikuplja neke depresivne miševe (ne pitajte kako istraživači stvaraju depresivne miševe, ne želite znati) i započinje s testiranjem.

Provjeravaju različite vrste neurona i različite dijelove mozga i vide što se događa kada stimulirate ili pritisnete ta područja i te vrste neurona. Neke su eksperimentalne skupine sretnije - neke postaju depresivnije: većina ne radi niti jedno. Sužavanjem populacije koja je povezana i kako oni utječu na ishod istraživač polako gradi duboku, detaljnu funkcionalnu kartu mozga: izolirajući strojeve radosti.

Ovo je vrsta eksperimenta koju omogućava optogenetika, a znanstvenicima je potrebno dublje razumijevanje različitih mentalnih funkcija i načina na koji mogu pogriješiti.

Već je optogenetika dovela do nekih zanimljivih potencijalnih uvida u slušne halucinacije shizofrenije. Prema dr. Karlu Deisserothu sa Sveučilišta Stanford, sada se čini vjerovatno da su glasovi, u stvari, normalne komponente unutarnjeg monologa koje se pogrešno tumače kao vanjski utjecaj.

“To je možda slabo prepoznata verzija unutarnjih misli. Nekako se gube informacije da jedna misao zaista dolazi od sebe. Na to se gleda kao na tuđu stvar, govor koji govori. […] [Prije optogenetike] to se nije moglo znati jer nije bilo načina da selektivno kontrolira [stanice] na desnoj vremenskoj skali.”

Ove vrste uvida su znanstveno važne i mogle bi dovesti do boljih lijekova i terapija, kao i odgovaranja na drevne misterije o prirodi svijesti i inteligencije misaonih strojeva: Što nas neuroznanost i umjetna inteligencija mogu naučiti o strojevima koji razmišljaju o svijesti: čemu neuroznanost i umjetnost Inteligencija nas može naučiti o svijesti Može li izgradnja umjetno inteligentnih strojeva i softvera podučavati o djelovanju svijesti i prirodi samog ljudskog uma? .

U skoroj budućnosti liječnici će možda moći uvidjeti u ove eksperimente, okrenuti ih i koristiti optogenetiku na stvarnim pacijentima kako bi utjecali na neurološke aktivnosti koje pridonose depresiji. Optogenetika omogućava liječnicima ne samo da proučavaju mozak, već i da ga mijenjaju s daleko većom preciznošću nego što je to prije bilo moguće.

Izgradnja šešira šešira

Nažalost, optogenetiku na ljudima vjerojatno nije moguće koristiti neinvazivno. Lubanja je jednostavno previše gusta, pa je kroz nju potrebno dovoditi optičke kablove. Ovo je velika operacija i s njom su povezani rizici, iznad i izvan onoga što je uobičajeno uključeno u započinjanje terapije psihijatrijskim lijekovima.

Međutim, dotične terapije mogu biti puno učinkovitije i manje nuspojava, pa će to vjerojatno biti vrijedno mnogim pacijentima. Već je provedeno istraživanje korištenja električnih stimulatora mozga za liječenje teške depresije, a rezultati su vrlo obećavajući. Buduće terapije temeljene na optogenetikama vjerojatno će biti manje invazivne i učinkovitije: jednom kada je mozak postavljen ispravno postavljenim optičkim kablovima, možda ubačen kroz nos kako bi se izbjeglo kršenje lubanje, ostatak hardvera može se pohraniti izvana, jednostavno pristup. Sam implantat (optički kablovi i laserske diode) trebao bi samo napajanje i kontrolni signal, što bi se jednog dana moglo pružiti bežično.

Ostatak hardvera (računalo, baterija i tako dalje) potencijalno se može nositi izvana, što dopušta pacijentu da ga reprogramira po potrebi, bez potrebe za dodatnim operativnim zahvatima..

Osim ispravljanja mentalnih bolesti, optogenetika pruža i mnogo biokompatibilniji i manje invazivan način da izravno stimuliraju živčane stanice u mozgu i tijelu u odnosu na konvencionalne implantirane elektrode, što bi moglo prijeći put ka stvaranju implantata koji poboljšavaju performanse transhumanističkog stila, a koji će uključivati ​​vaš mozak i tijelo - Budućnost implantiranih računala koji se spajaju u vaš mozak i tijelo - Budućnost implantiranih računala S trenutnim trendom tehničkih inovacija i napretka, sada je pravo vrijeme da istražite stanje tehnike u računalno-ljudskim tehnologijama. praktičniji.

Da budemo jasni, sve je to još jako dugo: optogenetika je široko korišten istraživački alat upravo sada (pokrivali smo eksperimente pomoću njega prije nego što eksperiment lagane memorije utječe na mozak miševa poput eksperimenta MIB neuralizatora na laganoj memoriji utječe na mozgove miševa MIB Neuralizator Sjećate se kada su Will Smith i Tommy Lee Jones koristili neuralizator za brisanje sjećanja ljudi? Pa, istraživači UC Davis-a uspješno su "izbrisali specifična sjećanja" unutar miševa pomoću svjetlosti.). Međutim, njegova uloga kao klinička terapija je udaljena najmanje desetljeće ili dva i može ih nadomjestiti drugim tehnikama koje mogu pružiti slične rezultate manje invazivno.

Ipak, izgledi su uzbudljivi, a neke će aplikacije možda stići i prije. Na primjer, optogenetika je moguća za izgradnju boljih kohlearnih implantata s mnogo većom preciznošću.

Nije li ovo sve zaista zastrašujuće?

Neki od vas koji ovo čitate već crtaju šešir od tigrova oko ušiju i to je sasvim pošteno: ovakav pristup mozgu je bez presedana, izvan određene marke histerične znanstvene fantastike. Barem vrijedi raspraviti potencijal za zlouporabu.

Ako možete vršiti dovoljno kontrole nad mozgom da popravite depresiju i šizofreniju i poremećaje ličnosti, možda ćete moći i dovoljno kontrolirati kako biste reprogramirali nečiju seksualnu orijentaciju - ili lobotomizirali svađu djecu i zatvorenike. Rizici roditelja koji pokušavaju koristiti takvu tehnologiju da bi prisilili promjene identiteta na svoju djecu otvaraju potpuno nove etičke brige s kojima će se medicina baviti prvi put ikad.

Pored toga, iz perspektive računalne sigurnosti, mnogi suvremeni medicinski uređaji jednostavno nisu dovoljno sigurni i mogu se hakirati, u nekim slučajevima bežično. Takav kompromis je dovoljno zastrašujući sa pejsmejkerom, ali postaje užasan kad razmotrite mogućnost da bi napadač mogao (potencijalno) majmuna oko glave bez dopuštenja.

Znanstvenici koji rade na ovim terapijama nisu svjesni tih pitanja. Karl Deisseroth, u istom citiranom intervjuu, iznio je istu točku:

“Specifičnost optogenetike postavlja pitanje kako bi se precizno mogao mozgati mozak da stvarno stvori pojedinca s različitim potrebama, željama, prioritetima, osjećajima […] i uznemirujući aspekt koji postavlja pitanja slobodne volje.”

Ipak, ove brige blijede u odnosu na ogroman broj ljudi koji užasno pate od trenutno neizliječivih psihijatrijskih bolesti kojima optogenetika može pomoći. Ova je tehnologija korisnija nego što je opasna i, budući da se razvija tijekom sljedećih nekoliko desetljeća, može radikalno promijeniti prirodu terapije mentalnog zdravlja.

Što misliš? Zastrašujuće, cool ili negdje između? Ima li optogenetika potencijal da vam osobno pomogne? Javite nam se u komentarima!

Kreditna slika: Neuroni preko Shutterstocka, “obložiti limom,” Autor Russ Walker