Controlul creierului cu lumină: este posibil cu optogenetica

Publicitate

Oamenii de știință medicală studiază creierul de mai bine de cinci sute de ani - și, în tot acest timp, organul enigmatic mai păstrează o mulțime de secrete. În cele din urmă, în ultimii ani, apare o nouă tehnică numită „optogenetică”, care poate ajuta oamenii de știință să descopere secretele creierului (și să le trateze tulburările) într-un mod cu totul nou.

De ce avem nevoie de optogenetică?

În multe feluri, este uimitor că medicația psihiatrică funcționează deloc. Starea de artă - cea mai bună știință modernă poate face - se referă la scufundarea creierului într-o baie chimică și în speranța că va face singurul lucru care ne interesează. Și… cam funcționează! Uneori.

Există medicamente care sunt foarte puternice pentru tratarea depresiei, TOC, tulburării bipolare și bolii Parkinson. Adesea sunt pline de efecte secundare neplăcute. Medicamentele care funcționează bine au fost adesea descoperite de nimic altceva decât de încercare și eroare. În multe cazuri, oamenii de știință nu au o înțelegere detaliată a modului în care creierul funcționează pentru a atinge funcția normală - sau cum funcționează atunci când funcționează defectuos. Aceste lacune de cunoaștere sunt greu de abordat prin modalitățile tradiționale de a studia creierul și limitează capacitatea de a dezvolta terapii eficiente.

Ceea ce le-ar dori într-adevăr psihiatrilor și neurologilor este accesul total la citire-scriere la creier: capacitatea de a ajunge în capul cuiva și de a vă excita sau suprimă grupuri arbitrare de neuroni, cu rezoluție cu un singur neuron, permițându-ne să izolăm populațiile care sunt disfuncționale și să corectăm comportamentul lor în timp real. Din păcate, craparea capului cuiva deschisă și rularea firelor la fiecare neuron nu este practic.

Promisiunea optogeneticii este că poate permite medicilor să obțină ceva apropiat de acest tip de acces.

Modul în care oamenii de știință folosesc lumina pentru a controla creierul

Iată cum funcționează: mai întâi, cercetătorii injectează subiectul cu un virus conceput genetic, destinat să infecteze țesutul creierului. Sute de miliarde de exemplare de virus inundă creierul, injectându-și sarcinile utile în celulele nervoase în timp ce le întâlnesc.

Acești viruși nu sunt dăunători: în loc să furnizeze o sarcină utilă rău-replicantă, aceste viruși au fost create de oamenii de știință pentru a livra o catena de ADN benignă care codifică proteinele speciale de suprafață care răspund la lungimile de undă specifice ale luminii. Virusii servesc pur și simplu ca seringi de unică folosință pentru a elibera ADN-ul special în celule.

Neuronii încorporează acest ADN special și, dacă condițiile sunt corecte, exprimă proteine ​​de suprafață care le provoacă foc atunci când este stimulat cu lumină - aceleași tipuri de proteine ​​care sunt utilizate de celulele retinei umane pentru a detecta lumina și forma imagini. Modificând ADN-ul pentru a fi mai picuros despre momentul în care se exprimă, oamenii de știință pot alege care tipuri de neuroni (există mii de soiuri) exprimă proteina de suprafață și vor răspunde la lumină.

Apoi, controlând cu atenție unde strălucește lumina pe creier, locațiile specifice care sunt stimulate sau deprimat poate fi controlat cu o precizie sub-milimetrică, un grad de control care nu a fost niciodată anterior posibil. Și mai bine, multe zone ale creierului pot fi afectate fără a fi nevoie să tăiați sau să trageți firele prin materia creierului, ceea ce face procedura mult mai sigură decât formele convenționale de stimulare a creierului.

Potrivit lui Ed Boyden, profesor de bioinginerie și neuroștiință la MIT,

Dacă puteți controla celulele din creier, vă puteți da seama care este puterea lor, ce pot influența - și, de asemenea, dacă puteți controla celulele din creier puteți repara stări cerebrale aberante și puteți crea noi tipuri de terapie, resuscitând calculele care s-au supărat într-un medic neurologic sau psihiatric tulburare

Puteți urmări o prelegere destul de tehnică (dar extrem de interesantă) despre tehnicile și metodologia de mai jos:

Ce poți face cu Optogenetica?

Imaginează-ți că un cercetător dorește să înțeleagă mai bine cum funcționează depresia. Deci, cercetătorul colectează câțiva șoareci deprimați (nu întrebați cum cercetătorii creează șoareci deprimați, nu doriți să știți) și începe testarea.

Aceștia verifică diferite tipuri de neuroni și regiuni diferite ale creierului și văd ce se întâmplă atunci când stimulați sau deprimați acele zone și acele tipuri de neuroni. Unele grupuri experimentale devin mai fericite - altele devin mai deprimate: majoritatea nu fac niciuna. Prin restrângerea relațiilor dintre populații și a modului în care acestea au rezultatul, cercetătorul construiește încet o hartă funcțională profundă și detaliată a creierului: izolarea mașinilor de bucurie.

Acesta este tipul de experiment pe care îl permite optogenetica și este acela de a oferi oamenilor de știință o înțelegere mai profundă a diferitelor funcții mentale și a modalităților prin care acestea pot greși.

Deja, optogenetica a condus la câteva perspective potențiale interesante asupra halucinațiilor auditive ale schizofreniei. Potrivit Dr. Karl Deisseroth de la Universitatea Stanford, aceasta acum pare probabil că vocile sunt, de fapt, componente normale ale monologului intern fiind interpretate greșit ca influență externă.

„Poate fi o versiune slab recunoscută a gândurilor interne. Într-un fel se pierd informațiile conform cărora un gând vine chiar de la sine. Este privit ca un lucru străin, o vorbă vocală. [...] [Înainte de optogenetică] nu exista nicio modalitate de a cunoaște acest lucru, deoarece nu exista nicio modalitate de a controla selectiv [celulele] pe termenul potrivit. ”

Aceste idei sunt importante din punct de vedere științific și ar putea duce la medicamente și terapii mai bune, precum și la răspunderea misterelor antice despre natura conștiinței și a inteligenței Mașini de gândire: ce ne poate învăța neuroștiința și inteligența artificială despre conștiințăPutem construi mașini inteligente artificial și software să ne învețe despre funcționarea conștiinței și natura minții umane? Citeste mai mult .

În viitorul apropiat, medicii ar putea să înțeleagă informațiile pe care le obțin din aceste experimente, să le întoarcă, și utilizați optogenetica la pacienții reali pentru a influența activitățile neurologice care contribuie la depresie. Optogenetica permite medicilor nu doar să studieze creierul, ci și să-l modifice cu o precizie mult mai mare decât a fost posibil anterior.

Construirea unei pălării Sanity

Din păcate, nu este posibil să se utilizeze optogenetică la om neinvaziv. Craniul este pur și simplu prea gros, așa că este necesar să alimentați cabluri cu fibră optică prin el. Aceasta este o intervenție chirurgicală majoră și are riscuri asociate acesteia, mai presus de ceea ce este implicat în mod normal în începerea unui curs de medicamente psihiatrice.

Cu toate acestea, terapiile în cauză au potențialul de a fi mult mai eficiente și de a avea mai puține efecte secundare, astfel că probabil va merita pentru mulți pacienți. Au fost deja cercetate cu privire la utilizarea electricității stimulatoare cerebrale pentru tratarea depresiei severe, iar rezultatele sunt foarte promițătoare. Viitoarele terapii bazate pe optogenetică vor fi probabil mai puțin invazive și mai eficace: odată ce creierul va fi echipat corespunzător cabluri cu fibră optică, introduse probabil prin nas pentru a evita încălcarea craniului, restul hardware-ului poate fi depozitat extern, pentru o acces. Implantul în sine (cablurile din fibră optică și diodele laser), ar avea nevoie doar de alimentare și de un semnal de control, lucruri care ar putea fi furnizate fără fir într-o zi.

Restul hardware-ului (computerul, bateria etc.) ar putea fi purtat extern, permițând medicului pacientului să-l reprogrameze în funcție de necesități, fără a necesita o intervenție chirurgicală suplimentară.

Dincolo de corectarea bolilor mintale, optogenetica oferă, de asemenea, un mod mult mai biocompatibil și mai puțin invaziv de direct stimularea celulelor nervoase din creier și corp decât electrozii convenționali implantați, care ar merge mult spre luare implanturi care îmbunătățesc performanța în stil transumanist Conectarea creierului și a corpului dvs. - Viitorul calculatoarelor implantateAvând în vedere tendința actuală de inovație tehnică și avansare, acum este un moment bun pentru a explora starea de ultimă generație în tehnologiile computer-umane. Citeste mai mult mai practic.

Pentru a fi clar, aceasta este încă o cale îndepărtată: optogenetica este un instrument de cercetare utilizat pe scară largă în acest moment ( experimente acoperite folosindu-l înainte Experimentul de memorie ușoară afectează creierele de șoareci ca un Neuralyzer MIBVă amintiți când Will Smith și Tommy Lee Jones au folosit neuralyzerul pentru a șterge amintirile oamenilor? Ei bine, cercetătorii UC Davis au „șters cu succes amintiri specifice” din șoareci folosind lumină. Citeste mai mult ). Cu toate acestea, rolul său de terapie clinică este de cel puțin un deceniu sau două și poate fi înlocuit cu alte tehnici care pot oferi rezultate similare mai puțin invaziv.

Totuși, perspectiva este interesantă, iar unele aplicații pot veni mai devreme. De exemplu, este posibil să utilizeze optogenetică pentru a construi implanturi cohleare mai bune cu o precizie mult mai mare.

Nu este totul înfricoșător?

Unii dintre voi care citesc acest lucru deja vă atrag pălăriile de tinfoil în jurul urechilor și asta este în întregime corect: acest tip de acces la creier este fără precedent, în afara unei anumite mărci de știință isterică fictiune. Potențialul abuzului este cel puțin demn de discutat.

Dacă puteți exercita suficient control asupra creierului pentru a remedia depresia, schizofrenia și tulburările de personalitate, s-ar putea să fie, de asemenea, capabil să exercite suficient control pentru a reprograma orientarea sexuală a cuiva - sau pentru a lobotomiza copiii neobișnuiți și prizonieri. Riscurile părinților care încearcă să utilizeze o astfel de tehnologie pentru a forța schimbarea identității asupra copiilor lor sunt una care deschide preocupări etice cu totul noi cu care medicina se va ocupa pentru prima dată vreodată.

Dincolo de asta, dintr-o perspectivă simplă de securitate a calculatorului, multe dispozitive medicale moderne nu sunt pur și simplu suficient de sigure și pot fi hackate, în unele cazuri fără fir. Acest tip de compromis este suficient de înfricoșător cu un stimulator cardiac, dar devine într-adevăr îngrozitor când luați în considerare posibilitatea ca un atacator să poată (potențial) să se uite în interiorul capului dvs. fără permisiune.

Oamenii de știință care lucrează la aceste terapii nu sunt conștienți de aceste probleme. În același interviu citat mai sus, Karl Deisseroth a subliniat același punct:

„Specificul optogeneticii ridică problema cât de precis s-ar putea regla un creier pentru a crea cu adevărat un individ cu diferite nevoi, dorințe, priorități, sentimente [...] există și un aspect tulburător, care ridică întrebări gratuite voi."

Totuși, aceste preocupări sunt palide în comparație cu numărul enorm de persoane care suferă îngrozitor de boli psihiatrice netratabile în prezent, care optogenetica are potențialul de a ajuta. Această tehnologie este mai utilă decât este periculoasă și, așa cum este dezvoltată în următoarele câteva decenii, poate schimba radical natura terapiei de sănătate mintală.

Tu ce crezi? Înfricoșător, misto, sau undeva între ele? Optogenetica are potențialul de a vă ajuta, personal? Spuneți-ne în comentarii!

Credit imagine: neuronii Via Shutterstock, "Folie de aluminiu," de Russ Walker