Aju kontroll valgusega: optogeneetikaga on see võimalik

Reklaam

Arstiteadlased on aju uurinud enam kui viissada aastat - ja kogu selle aja jooksul on mõistatuslikel elunditel endiselt palju saladusi. Lõpuks, vaid mõne viimase aasta jooksul on ilmumas uus tehnika, mida nimetatakse optogeneetikaks, mis võib aidata teadlastel aju saladusi lahti seletada (ja selle häireid ravida) täiesti uuel viisil.

Miks me vajame optogeneetikat?

Mitmes mõttes on hämmastav, et psühhiaatrilised ravimid üldse toimivad. Tehnika tase - mida saab teha kõige parem kaasaegne teadus - tähendab aju sukeldamist keemilisse vanni ja lootust, et see teeb ühe asja, mis meid huvitab. Ja… see töötab! Mõnikord.

On ravimeid, mis on depressiooni, OKH, bipolaarse häire ja Parkinsoni tõve raviks väga võimsad. Neil on sageli ebameeldivaid kõrvalmõjusid. Ravimeid, mis hästi toimivad, avastas sageli muud kui katse ja eksitus. Paljudel juhtudel pole teadlastel üksikasjalikku arusaamist sellest, kuidas aju normaalse funktsiooni saavutamiseks töötab - või kuidas see töötab talitlushäirete korral. Neid teadmiste lünki on aju uurimise traditsiooniliste viiside abil raske lahendada ja need piiravad tõhusate ravimeetodite väljatöötamise võimalust.

See, mida psühhiaatrid ja neuroloogid tegelikult sooviksid, on täielik lugemise ja kirjutamise juurdepääs ajule: võime jõuda kellegi pähe ja erutada või summutada suvaliste neuronite rühmad ühe neuroni lahutusega, võimaldades meil isoleerida düsfunktsionaalsed populatsioonid ja korrigeerida nende käitumist reaalajas. Kahjuks on ebapraktiline kellegi pea lahti löömine ja juhtmete juhtimine igale neuronile.

Optogeneetika lubadus on see, et see võib tegelikult lasta arstidel saavutada midagi sellist, mis on ligipääsetavale juurdepääsule lähedal.

Kuidas teadlased aju juhtimiseks valgust kasutavad

See töötab järgmiselt: kuidas see toimib: esiteks süstivad teadlased subjektile geneetiliselt muundatud viirust, mis on loodud ajukoe nakatamiseks. Sajad miljardid viiruse eksemplarid ujutavad aju üle, süstides nende koormused närvirakkudesse, kui nad nendega kokku puutuvad.

Need viirused ei ole kahjulikud: pahatahtliku, ennast paljuneva kasuliku pakkumise asemel on need viirused loodud teadlased edastavad healoomulise DNA ahela, mis kodeerib spetsiaalseid pinnavalke, mis reageerivad spetsiifilistele valguse lainepikkustele. Viirused toimivad lihtsalt ühekordselt kasutatavate süstaldena spetsiaalse DNA rakkudesse toimetamiseks.

Neuronid inkorporeerivad selle spetsiaalse DNA ja, kui tingimused on sobivad, ekspresseerivad pinnavalke, mis põhjustavad nende tulekahju valgusega stimuleerimisel - sama tüüpi valgud, mida inimese võrkkesta rakud kasutavad valguse ja vormi tuvastamiseks pilte. Muutes DNA enda valguks muutumise suhtes pikemaks, saavad teadlased valida, millised neuronid (erinevaid tuhandeid on) ekspresseerivad pinnavalku ja reageerivad valgusele.

Seejärel, kontrollides hoolikalt, kus ajus paistab valgus, stimuleeritavad konkreetsed kohad või depressiooni saab kontrollida alammillimeetrise täpsusega, mis pole kunagi varem olnud võimalik. Veelgi parem, paljud ajupiirkonnad võivad olla mõjutatud ilma, et oleks vaja aju ainesse juhtmeid lõigata või neid lõimida, muutes protseduuri palju turvalisemaks kui aju stimulatsiooni tavapärased vormid.

Ed Boydeni sõnul, MITi biotehnoloogia ja neuroteaduse professor,

Kui saate juhtida aju rakke, saate aru saada, milline on nende jõud, mida nad saavad mõjutada - ja ka siis, kui saate juhtida aju rakke suudab parandada ajuhäireid ja saate luua uut tüüpi teraapiat, taastades neuroloogilises või psühhiaatrilises plaanis valesti läinud arvutused häire

Võite vaadata üsna tehnilist (kuid äärmiselt huvitavat) loengut tehnikate ja metoodika kohta allpool:

Mida saate teha optogeneetikaga?

Kujutage ette, et teadlane soovib paremini mõista, kuidas depressioon töötab. Niisiis, teadlane kogub mõned depressiooniga hiired (ärge küsige, kuidas teadlased depressiooniga hiiri loovad, te ei taha seda teada) ja alustab testimist.

Nad kontrollivad erinevaid neuroneid ja erinevaid ajupiirkondi ning näevad, mis juhtub siis, kui stimuleerite või surute neid piirkondi ja neid neuroneid. Mõni eksperimentaalgrupp saab õnnelikumaks - mõni masendunumaks: enamik ei tee kumbagi. Kitsendades, millised populatsioonid on omavahel seotud ja kuidas need tulemusi mõjutavad, koostab teadlane aeglaselt sügava, üksikasjaliku aju funktsionaalse kaardi: isoleerib rõõmu masinad.

See on omamoodi katse, mida optogeneetika võimaldab, ja selle eesmärk on anda teadlastele sügavam arusaam erinevatest vaimsetest funktsioonidest ja nende valesti minemise võimalustest.

Juba optogeneetika on viinud huvitavate võimalike ülevaadeteni skisofreenia kuulmishallutsinatsioonidest. Stanfordi ülikooli dr Karl Deisserothi sõnul on see nii tundub nüüd tõenäoline et hääled on tegelikult sisemise monoloogi normaalsed komponendid, mida tõlgendatakse valesti kui välist mõju.

“See võib olla sisemiste mõtete halvasti tunnustatud versioon. Millegipärast on kadunud teave selle kohta, et mõte tõepoolest tuleb endalt. Seda käsitletakse võõra asjana, häälena rääkimises. […] [Enne optogeneetikat] polnud sellest teada saada, kuna puudus võimalus [rakke] valikuliselt õigel ajakaval juhtida. ”

Sellised teadmised on teaduslikult olulised ja võivad viia paremate ravimite ja ravimeetoditeni ning vastata iidsetele saladustele teadvuse ja intelligentsuse olemus Mõtlemismasinad: mida neuroteadus ja tehisintellekt võivad meile teadvuse õpetamiseksKas kunstlikult intelligentsete masinate ja tarkvara ehitamine võib õpetada meile teadvuse toimimist ja inimmõistuse laadi? Loe rohkem .

Lähitulevikus võivad arstid saada nendest katsetest saadud teadmisi, neid ümber pöörata, ja kasutada optogeneetikat tegelikel patsientidel, et mõjutada neuroloogilisi tegevusi, mis sellele kaasa aitavad depressioon. Optogeneetika võimaldab arstidel mitte ainult aju uurida, vaid ka muuta seda palju suurema täpsusega, kui seni on olnud võimalik.

Sanity mütsi ehitamine

Kahjuks pole ilmselt võimalik optogeneetikat inimestel mitteinvasiivselt kasutada. Kolju on lihtsalt liiga paks, seetõttu on vaja fiiberoptilisi kaableid selle kaudu juhtida. See on suur operatsioon ja sellega on seotud riske, lisaks sellele, mis tavaliselt kaasneb psühhiaatriliste ravimite kursuse alustamisega.

Kuid kõnealused ravimeetodid võivad olla palju tõhusamad ja vähem kõrvaltoimeid, seega on see paljudele patsientidele seda väärt. Elektri kasutamist on juba uuritud aju stimulaatorid raske depressiooni raviks, ja tulemused on väga paljulubavad. Tulevased optogeneetikal põhinevad ravimeetodid on tõenäoliselt vähem invasiivsed ja tõhusamad: kui aju on kinnitatud korralikult paigutatud kiudoptilised kaablid, mis võib-olla on nina kaudu sisestatud, et mitte kolju rikkuda, ülejäänud riistvara saab hõlpsalt hoiustada väliselt juurdepääs. Implantaat ise (fiiberoptilised kaablid ja laserdioodid) vajaks ainult toidet ja juhtsignaali - asju, mida võib ühel päeval pakkuda juhtmevabalt.

Ülejäänud riistvara (arvuti, aku ja nii edasi) võiks kasutada väliselt, võimaldades patsiendi arstil seda vastavalt vajadusele ümber programmeerida, ilma et oleks vaja täiendavat operatsiooni.

Lisaks vaimuhaiguste parandamisele pakub optogeneetika ka palju paremini bioühilduvat ja vähem invasiivset viisi otse stimuleerivad aju ja keha närvirakke kui tavalised implanteeritud elektroodid, mille suunas oleks veel palju minna tegemine transhumanistlikus stiilis jõudlust parandavad implantaadid Aju ja keha ühendamine - implanteeritud arvutite tulevikVõttes arvesse praegust tehnilise innovatsiooni ja edasimineku suundumust, on nüüd hea aeg uurida arvuti-inimese tehnoloogiate uusimat taset. Loe rohkem praktilisem.

Selge see, et see kõik on veel kaugel: optogeneetika on praegu laialdaselt kasutatav uurimisvahend (meil on kaetud katsed, kasutades seda varem Kerge mälu eksperiment mõjutab hiirte ajusid nagu MIB NeuralyzerMäletate, millal Will Smith ja Tommy Lee Jones inimeste mälestuste kustutamiseks neuralyzerit kasutasid? UC Davise teadlased on hiirtel valguse abil edukalt "kustutanud konkreetsed mälestused". Loe rohkem ). Selle roll kliinilises teraapias on siiski vähemalt kümme või kaks aastat eemal ja selle võib asendada muude tehnikatega, mis võivad sarnaseid tulemusi anda vähem invasiivselt.

Siiski on väljavaade põnev ja mõned rakendused võivad tulla varem. Näiteks see on võimalik kasutada optogeneetikat paremate, suurema täpsusega kohleaarsete implantaatide ehitamiseks.

Kas pole see kõik tegelikult hirmutav?

Mõni teist seda lugedes tõmbab juba plekist mütsid tihedamalt ümber oma kõrvade ja see on täielikult õiglane: selline juurdepääs ajule on enne teatud hüsteerilise teaduse kaubamärki enneolematu ilukirjandus. Kuritarvitamise potentsiaal on vähemalt arutamist väärt.

Kui suudate depressiooni, skisofreenia ja isiksusehäirete fikseerimiseks piisavalt aju üle kontrolli saada, võiksite seda teha olema võimeline ka piisavalt kontrollima, et kellegi seksuaalset sättumust ümber programmeerida - või lobotomiseda riukalikke lapsi ja vangid. On oht, et vanemad proovivad sellist tehnoloogiat kasutada oma lastele identiteedi muutuste sundimiseks see avab täiesti uued eetilised probleemid, millega meditsiin puutub esmakordselt kokku kunagi.

Lisaks sellele pole lihtsad arvutiturbe seisukohast paljud kaasaegsed meditsiiniseadmed lihtsalt piisavalt turvalised ja neid saab häkkida, mõnel juhul juhtmevabalt. Selline kompromiss on südamestimulaatoriga piisavalt hirmutav, kuid see teeb tõeliselt õõvastavaks, kui arvestada võimalusega, et ründaja võib ilma loata (potentsiaalselt) ahvi ümber teie pea ringi liikuda.

Nende teraapiate kallal töötavad teadlased pole neist teemadest teadlikud. Karl Deisseroth tõi samas tsiteeritud intervjuus välja sama küsimuse:

„Optogeneetika eripära tõstatab küsimuse, kui täpselt võiks aju näpistada, et päriselt indiviid luua erinevate vajaduste, soovide, prioriteetide, tunnetega [...] on ka häiriv aspekt, mis tõstatab tasuta küsimusi tahe. ”

Need probleemid on siiski kahvatud, võrreldes tohutu hulga inimestega, kes kannatavad praegu ravitavate psühhiaatriliste haiguste all, ning mida optogeneetika võib aidata. See tehnoloogia on kasulikum kui ohtlik ja kuna see on välja töötatud järgmise paarikümne aasta jooksul, võib see vaimse tervise teraapia olemust radikaalselt muuta.

Mida sa arvad? Jube, lahe või kuskil vahepeal? Kas optogeneetika võib teid isiklikult aidata? Andke meile kommentaarides teada!

Kujutise krediit: Neuronid Shutterstocki kaudu, "Hõbepaber," autor Russ Walker