Ovládání mozku pomocí světla: je to možné u optogenetiky

reklama

Lékařští vědci studují mozek více než pět set let - a po celou tu dobu má záhadný orgán stále spoustu tajemství. Nakonec se v posledních několika letech objevuje nová technika zvaná „optogenetika“, která může vědcům pomoci odhalit tajemství mozku (a léčit jeho poruchy) zcela novým způsobem.

Proč potřebujeme optogenetiku?

V mnoha ohledech je úžasné, že psychiatrická léčba funguje vůbec. Současný stav - to nejlepší moderní věda, která umí - znamená ponoření mozku do chemické lázně a doufání, že to bude jedna věc, o kterou se zajímáme. A... je to druh práce! Někdy.

Existují léky, které jsou velmi účinné při léčbě deprese, OCD, bipolární poruchy a Parkinsonovy choroby. Často se potýkají s nepříjemnými vedlejšími účinky. Léky, které fungují dobře, byly často objeveny pouze pokusem a omylem. V mnoha případech vědci nemají podrobné znalosti o tom, jak mozek pracuje na dosažení normální funkce - nebo jak to funguje, když nefunguje správně. Tyto mezery ve znalostech je obtížné řešit tradičními způsoby studia mozku a omezují schopnost vyvíjet účinné terapie.

Psychiatrům a neurologům by se opravdu líbil úplný přístup ke čtení a zápisu do mozku: schopnost zasáhnout něčí hlavu a vzrušit nebo potlačit libovolné skupiny neuronů s rozlišením jednoho neuronu, což nám umožní izolovat populace, které jsou nefunkční, a opravit jejich chování v reálný čas. Naneštěstí je praskání něčí hlavy otevřenou a vedení drátů do každého neuronu nepraktické.

Slib optogenetiky spočívá v tom, že ve skutečnosti může lékařům umožnit dosáhnout něčeho podobného přístupu.

Jak vědci používají světlo k ovládání mozku

Funguje to takto: Nejprve vědci injekčně podají subjektu geneticky modifikovaný virus, který je určen k infikování mozkové tkáně. Stovky miliard kopií viru zaplaví mozek a vstříknou své užitečné zatížení do nervových buněk, když se s nimi setkají.

Tyto viry nejsou škodlivé: namísto poskytování škodlivého, samoreprodukujícího se užitečného zatížení byly tyto viry zkonstruovány vědci dodávají benigní řetězec DNA, který kóduje speciální povrchové proteiny, které reagují na specifické vlnové délky světla. Viry jednoduše slouží jako injekční stříkačky na jedno použití k dodání speciální DNA do buněk.

Neurony začleňují tuto speciální DNA a pokud jsou podmínky správné, exprimují povrchové proteiny, které je způsobují oheň při stimulaci světlem - stejné druhy proteinů, které lidské buňky sítnice používají k detekci světla a formy snímky. Změnou DNA, která má být sebevědomější, když se sama exprimuje, si vědci mohou vybrat, které druhy neuronů (existují tisíce odrůd) exprimují povrchový protein a budou reagovat na světlo.

Poté pečlivým řízením, kde na mozku svítí světlo, konkrétních místech, která jsou stimulována nebo depresi lze ovládat s přesností milimetrů, což je stupeň kontroly, který nikdy předtím nebyl možný. Ještě lépe, mnoho oblastí mozku může být ovlivněno, aniž by bylo nutné řezat dráty mozkem přes mozek, čímž je postup mnohem bezpečnější než běžné formy mozkové stimulace.

Podle Ed Boyden, profesor bioinženýrství a neurovědy na MIT,

Pokud můžete ovládat buňky v mozku, můžete zjistit, jaká je jejich síla, co mohou ovlivnit - a také, pokud můžete ovládat buňky v mozku, můžete opravit aberantní stavy mozku a můžete vytvořit nové druhy terapie, resculpting výpočty, které se v neurologickém nebo psychiatrickém děsí porucha

Můžete si prohlédnout poměrně technickou (ale velmi zajímavou) přednášku o technikách a metodice níže:

Co můžete dělat s optogenetikou?

Představte si, že vědec chce lépe porozumět tomu, jak deprese funguje. Výzkumník tedy shromažďuje některé depresivní myši (neptejte se, jak vědci vytvářejí depresivní myši, které nechcete vědět), a zahájí testování.

Kontrolují různé druhy neuronů a různé oblasti mozku a sledují, co se stane, když tyto oblasti a tyto neurony stimulujete nebo potlačujete. Některé experimentální skupiny jsou šťastnější - jiné jsou více depresivní: většina také ne. Zúžením, které populace jsou příbuzné a jak ovlivňují výsledek, výzkumník pomalu vytváří hlubokou, podrobnou funkční mapu mozku: izoluje stroje radosti.

To je druh experimentu, který optogenetika umožňuje, a to umožňuje vědcům hlubší pochopení různých mentálních funkcí a způsobů, jak se mohou pokazit.

Optogenetika již vedla k některým zajímavým potenciálním pohledům na sluchové halucinace schizofrenie. Podle Dr. Karla Deisserotha ze Stanfordské univerzity teď se zdá pravděpodobné že hlasy jsou ve skutečnosti normální součásti interního monologu nesprávně interpretovány jako vnější vliv.

"Může to být špatně uznávaná verze vnitřních myšlenek." Nějak se ztratí informace, že myšlenka skutečně přichází od sebe. Je to vnímáno jako cizí věc, mluvící hlas. […] [Před optogenetikou] nebyl žádný způsob, jak to vědět, protože neexistoval způsob, jak selektivně kontrolovat [buňky] ve správném časovém rámci. “

Tyto druhy poznatků jsou vědecky důležité a mohly by vést k lepším lékům a terapiím a odpovídat na starověká tajemství o povaha vědomí a inteligence Myšlení stroje: Co nás mohou neurověda a umělá inteligence naučit o vědomíMůže nás stavba umělých inteligentních strojů a softwaru učit o fungování vědomí a povaze samotné lidské mysli? Přečtěte si více .

V blízké budoucnosti budou lékaři schopni získat informace, které získají z těchto experimentů, obrátit je, a používat optogenetiku u skutečných pacientů k ovlivnění neurologických aktivit, které přispívají Deprese. Optogenetika umožňuje lékařům nejen studovat mozek, ale také jej měnit s mnohem větší přesností, než bylo dříve možné.

Budování Sanity Hat

Bohužel pravděpodobně není možné použít optogenetiku na člověka neinvazivně. Lebka je prostě příliš tlustá, proto je nutné skrz ni přivádět kabely z optických vláken. Toto je hlavní chirurgický zákrok a s ním spojená rizika, nad rámec toho, co se běžně týká zahájení psychiatrického léčení.

Tyto terapie však mají potenciál být mnohem účinnější a mají méně vedlejších účinků, takže pro mnoho pacientů to pravděpodobně bude stát za to. Již byl proveden výzkum používání elektrického proudu mozkové kardiostimulátory k léčbě těžké deprese, a výsledky jsou velmi slibné. Budoucí terapie založené na optogenetice budou pravděpodobně méně invazivní a účinnější: jakmile bude mozek vybaven správným umístěním kabely z optických vláken, možná zasunuté přes nos, aby nedošlo k porušení lebky, zbytek hardwaru lze uložit externě, pro snadné přístup. Implantát samotný (kabely z optických vláken a laserové diody) by potřeboval pouze energii a kontrolní signál, což by mohlo být jednoho dne poskytováno bezdrátově.

Zbytek hardwaru (počítač, baterie atd.) By se mohl nosit externě, což by pacientovi umožnilo přeprogramovat jej podle potřeby, aniž by bylo třeba další operace.

Kromě nápravy duševních chorob poskytuje optogenetika také mnohem biokompatibilnější a méně invazivní způsob, jak přímo stimulovat nervové buňky v mozku a těle než konvenční implantované elektrody, které by směřovaly dlouhou cestu tvorba implantáty podporující transhumanistický styl Zapojení mozku a těla - budoucnost implantovaných počítačůSe současným trendem technických inovací a pokroku je nyní vhodná doba k prozkoumání současného stavu v oblasti technologií počítač-člověk. Přečtěte si více praktičtější.

Abychom to vyjasnili, je to stále ještě hodně daleko: optogenetika je v současnosti široce používaným výzkumným nástrojem ( pokryl pokusy používat dříve Experiment s lehkou pamětí ovlivňuje mozky myší jako neurální analyzátor MIBPamatujete si, kdy Smith a Tommy Lee Jones použijí neuralyzer k vymazání vzpomínek lidí? Vědci z UC Davis úspěšně "vymazali specifické vzpomínky" u myší pomocí světla. Přečtěte si více ). Jeho role klinické terapie je však nejméně deset let nebo dvě a může být nahrazena jinými technikami, které mohou přinést podobné výsledky méně invazivně.

Vyhlídka je stále vzrušující a některé aplikace se mohou objevit dříve. Například je to možný používat optogenetiku k vytváření lepších kochleárních implantátů s mnohem větší přesností.

Není to všechno opravdu děsivé?

Někteří z vás, kteří to čtou, již uší vaše tinfoil klobouky pevněji kolem uší, a to je úplně fér: tento přístup k mozku je bezprecedentní, mimo určitou značku hysterické vědy beletrie. Potenciál zneužití stojí za to alespoň diskutovat.

Pokud máte dostatečnou kontrolu nad mozkem, abyste mohli napravit depresi a schizofrenii a poruchy osobnosti, můžete také být schopen vykonávat dostatečnou kontrolu, aby přeprogramoval něčí sexuální orientaci - nebo lobotomizoval hlučné děti a vězni. Rizika rodičů, kteří se pokoušejí použít tuto technologii k vynucení změn identity na své děti, je ten, který otevírá zcela nové etické obavy, se kterými se bude medicína zabývat poprvé vůbec.

Kromě toho, z pohledu jednoduché počítačové bezpečnosti, mnoho moderních lékařských zařízení prostě není dostatečně zabezpečeno a může být hacknuto, v některých případech bezdrátově. Takový kompromis je děsivé s kardiostimulátorem, ale je to opravdu děsivé, když vezmete v úvahu vyhlídku, že by útočník mohl (potenciálně) opici kolem vaší hlavy bez povolení.

Vědci pracující na těchto terapiích nevědí o těchto otázkách. Karl Deisseroth ve stejném rozhovoru citovaném výše uvedl tentýž bod:

„Specifičnost optogenetiky vyvolává otázku, jak přesně by člověk mohl vyladit mozek, aby skutečně vytvořil jednotlivce s různými potřebami, touhami, prioritami, pocity […] existuje znepokojivý aspekt, který vyvolává otázky zdarma vůle."

Přesto se jedná o bledé ve srovnání s obrovským počtem lidí, kteří strašně trpí v současné době neléčitelnými psychiatrickými chorobami, které má optogenetika potenciál pomoci. Tato technologie je užitečnější než nebezpečná a jak se vyvíjí v příštích několika desetiletích, může radikálně změnit povahu terapie duševního zdraví.

Co myslíš? Strašidelné, chladné nebo někde mezi? Má optogenetika potenciál vám osobně pomoci? Dejte nám vědět v komentářích!

Obrázek Kredit: Neurony Přes Shutterstock, "Staniol," od Russ Walker