Smadzeņu kontrole ar gaismu: tas ir iespējams ar optoģenētiku

Reklāma

Medicīnas zinātnieki smadzenes ir pētījuši vairāk nekā pieci simti gadu - un pēc visa šī laika mīklainajam orgānam joprojām ir daudz noslēpumu. Visbeidzot, tikai dažu pēdējo gadu laikā ir parādījusies jauna tehnika, kuras nosaukums ir “optoģenētika”, un tā var palīdzēt zinātniekiem pilnīgi jaunā veidā atklāt smadzeņu noslēpumus (un ārstēt to traucējumus).

Kāpēc mums nepieciešama optoģenētika?

Daudzos veidos ir pārsteidzoši, ka psihiatriskās zāles vispār darbojas. Jaunākais sasniegumu līmenis, ko spēj izdarīt pati labākā mūsdienu zinātne, nozīmē smadzeņu iegremdēšanu ķīmiskā vannā un cerību, ka tas izdarīs to, kas mūs interesē. Un… tas darbojas! Dažreiz.

Ir zāles, kas ir ļoti spēcīgas depresijas, OCD, bipolāru traucējumu un Parkinsona slimības ārstēšanai. Viņiem bieži ir nepatīkamas blakusparādības. Zāles, kas darbojas labi, bieži vien atklāja neko citu kā kļūdu un kļūdu. Daudzos gadījumos zinātniekiem nav detalizētas izpratnes par to, kā smadzenes darbojas, lai sasniegtu normālu funkciju - vai kā tās darbojas, ja tās darbojas nepareizi. Šīs zināšanu nepilnības ir grūti novērst, izmantojot tradicionālos smadzeņu izpētes veidus, un tās ierobežo spēju attīstīt efektīvu terapiju.

Psihiatri un neirologi patiešām vēlētos, lai smadzenēm būtu pilnīga lasīšanas un rakstīšanas pieeja: spēja sasniegt kāda cilvēka galvu un satraukt vai nomāc patvaļīgas neironu grupas ar viena neirona izšķirtspēju, ļaujot mums izolēt disfunkcionālas populācijas un koriģēt viņu uzvedību īsts laiks. Diemžēl nepraktiski ir uzlauzt kāda cilvēka galvu un vadīt vadus katram neironam.

Optoģenētikas solījums ir tāds, ka tas tiešām var ļaut ārstiem sasniegt kaut ko tuvu šāda veida piekļuvei.

Kā zinātnieki izmanto gaismu, lai kontrolētu smadzenes

Lūk, kā tas darbojas: pirmkārt, pētnieki injicē subjektu ar ģenētiski inženierijas vīrusu, kas paredzēts smadzeņu audu inficēšanai. Simtiem miljardu vīrusa eksemplāru pārpludina smadzenes, injicējot viņu kravas nervu šūnās, saskaroties ar tām.

Šie vīrusi nav kaitīgi: tā vietā, lai piegādātu ļaunprātīgu, sevi replicējošu pašizmaksu, šie vīrusi ir izstrādāti zinātniekiem piegādāt labdabīgu DNS virkni, kas kodē īpašus virsmas proteīnus, kas reaģē uz īpašiem gaismas viļņu garumiem. Vīrusi vienkārši kalpo kā vienreizējās lietošanas šļirces, lai speciālo DNS piegādātu šūnām.

Neironos ir iestrādāta šī īpašā DNS, un, ja apstākļi ir piemēroti, ekspresē virsmas olbaltumvielas, kas tos izraisa kad tiek stimulēts ar gaismu - tāda paša veida olbaltumvielas, kuras cilvēka tīklenes šūnas izmanto, lai noteiktu gaismu un formu attēlus. Pārveidojot DNS par picier par to, kad tā izpaužas, zinātnieki var izvēlēties, kāda veida neironi (ir tūkstošiem šķirņu) izsaka virsmas proteīnu un reaģēs uz gaismu.

Tad, uzmanīgi kontrolējot, kur smadzenēs mirdz gaisma, konkrētās vietas, kuras tiek stimulētas vai nomāktu var kontrolēt ar precizitāti līdz milimetriem - tāda kontroles pakāpe, kāda nekad iepriekš nav bijusi iespējams. Vēl labāk, ka daudzos smadzeņu apgabalos var ietekmēt smadzenes, neveicot griešanu vai pavedienus vados, padarot procedūru daudz drošāku nekā tradicionālās smadzeņu stimulācijas formas.

Pēc Eda Boyden teiktā, MIT bioinženierijas un neirozinātnes profesors,

Ja jūs varat kontrolēt šūnas smadzenēs, varat izdomāt, kāds ir viņu spēks, ko tās var ietekmēt - un arī, ja jūs varat kontrolēt šūnas smadzenēs var izlabot novirzītos smadzeņu stāvokļus, un jūs varat izveidot jauna veida terapiju, atceļot aprēķinus, kas ir sabojājušies neiroloģiskā vai psihiatriskā traucējumi

Jūs varat noskatīties diezgan tehnisku (bet ārkārtīgi interesantu) lekciju par sekojošām metodēm un metodoloģiju:

Ko jūs varat darīt ar optoģenētiku?

Iedomājieties, ka pētnieks vēlas labāk izprast, kā darbojas depresija. Tātad, pētnieks savāc dažas nomāktas peles (nejautājiet, kā pētnieki rada nomāktas peles, jūs to nevēlaties zināt), un sāk testēšanu.

Viņi pārbauda dažāda veida neironus un dažādus smadzeņu reģionus un redz, kas notiek, kad jūs stimulējat vai nomācat šos apgabalus un šāda veida neironus. Dažas eksperimentālās grupas kļūst laimīgākas, citas - depresīvākas: vairums to nedara. Sašaurinot to, kuras populācijas ir saistītas, un kā tās ietekmē rezultātu, pētnieks lēnām izveido dziļu, detalizētu smadzeņu funkcionālo karti: izolē prieka mehānismus.

Tas ir tāds eksperimenta veids, kuru ļauj veikt optoģenētika, un tas dod zinātniekiem dziļāku izpratni par dažādām garīgajām funkcijām un veidiem, kā viņi var noiet greizi.

Jau optoģenētika ir radījusi interesantu potenciālu ieskatu šizofrēnijas dzirdes halucinācijās. Pēc Kārļa Deisserota no Stenfordas universitātes teiktā, tā tagad šķiet iespējams ka balsis patiesībā ir normālas iekšējā monologa sastāvdaļas, kas tiek nepareizi interpretētas kā ārēja ietekme.

“Tā var būt vāji atzīta iekšējo domu versija. Kaut kā tiek zaudēta informācija, ka doma patiešām rodas no sevis. To uzskata par svešu lietu, runājošu balsi. […] [Pirms optoģenētikas] to nevarēja zināt, jo nebija iespējas selektīvi kontrolēt [šūnas] pareizajā laika posmā. ”

Šāda veida atziņas ir zinātniski svarīgas, un tās varētu radīt labākas zāles un terapiju, kā arī atbildēt uz senajiem noslēpumiem par apziņas un intelekta būtība Domāšanas mašīnas: ko neirozinātne un mākslīgais intelekts var iemācīt mums par apziņuVai mākslīgi inteliģentu mašīnu un programmatūras būve var iemācīt mums par apziņas darbību un paša cilvēka prāta būtību? Lasīt vairāk .

Tuvākajā laikā ārsti, iespējams, varēs gūt ieskatu, ko viņi gūst no šiem eksperimentiem, mainīt tos, un izmantot optoģenētiku reāliem pacientiem, lai ietekmētu neiroloģiskās aktivitātes, kas veicina depresija. Optoģenētika ļauj ārstiem ne tikai izpētīt smadzenes, bet arī mainīt tās ar daudz lielāku precizitāti, nekā tas bija iespējams iepriekš.

Saprāta cepures veidošana

Diemžēl, iespējams, nav iespējams optoģenētiku cilvēkiem izmantot neinvazīvi. Galvaskauss vienkārši ir pārāk biezs, tāpēc caur to ir jāvada optiskās šķiedras kabeļi. Šī ir liela operācija, un ar to ir saistīti riski, kas pārsniedz to, kas parasti ir saistīts ar psihiatrisko medikamentu kursa sākšanu.

Tomēr attiecīgajām terapijām ir potenciāls būt daudz efektīvākām un tām ir mazāk blakusparādību, tāpēc daudziem pacientiem tas, iespējams, būs tā vērts. Jau ir veikti pētījumi par elektrības izmantošanu smadzeņu elektrokardiostimulatori smagas depresijas ārstēšanai, un rezultāti ir ļoti daudzsološi. Turpmākā optoģenētika balstīta terapija, visticamāk, būs mazāk invazīva un efektīvāka: ja smadzenes ir saliktas ar pareizi novietotu optisko šķiedru kabeļi, iespējams, ievietoti caur degunu, lai izvairītos no galvaskausa sabojāšanas, pārējo aparatūru var ērti glabāt ārēji piekļuvi. Pašam implantam (optiskās šķiedras kabeļi un lāzera diodes) būtu nepieciešama tikai jauda un vadības signāls - lietas, kuras kādu dienu varētu nodrošināt bez vadiem.

Pārējo aparatūru (datoru, akumulatoru un tā tālāk), iespējams, var nēsāt ārēji, ļaujot pacienta ārstam to pārprogrammēt pēc vajadzības, nepieprasot papildu operācijas.

Papildus garīgo slimību novēršanai optoģenētika arī nodrošina daudz bioloģiski saderīgāku un mazāk invazīvu veidu tieši stimulē nervu šūnas smadzenēs un ķermenī nekā parastie implantētie elektrodi, kas būtu tāls ceļš veidošana transhumānisma stila veiktspēju uzlabojoši implanti Smadzeņu un ķermeņa iespraušana - implantēto datoru nākotneŅemot vērā pašreizējās tehnisko jauninājumu un attīstības tendences, tagad ir piemērots laiks, lai izpētītu jaunākos sasniegumus datoru un cilvēku tehnoloģiju jomā. Lasīt vairāk praktiskāk.

Skaidri sakot, tas viss vēl ir tāls ceļš: optoģenētika šobrīd ir plaši izmantots pētniecības rīks (mēs esam aptvēra eksperimentus, izmantojot to iepriekš Gaismas atmiņas eksperiments ietekmē peļu smadzenes tāpat kā MIB neuralyzerAtcerieties, kad Vils Smits un Tomijs Lī Džounss izmantoja neuralyzer, lai izdzēstu cilvēku atmiņas? Nu, UC Davis pētnieki pelēs ir veiksmīgi "izdzēsuši īpašas atmiņas", izmantojot gaismu. Lasīt vairāk ). Tomēr tās kā klīniskās terapijas loma ir vismaz desmit vai divas minūtes tālu, un to var aizstāt ar citām metodēm, kas var sniegt līdzīgus rezultātus mazāk invazīvi.

Tomēr perspektīva ir aizraujoša, un dažas lietojumprogrammas var nākt ātrāk. Piemēram, tā ir iespējams izmantot optoģenētiku, lai izveidotu daudz labākus kohleāros implantus ar daudz lielāku precizitāti.

Vai tas viss nav tiešām bailīgi?

Daži no jums, lasot šo rakstu, jau stingri piestiprina jūsu ausis cepures ap ausīm, un tas ir pilnīgi taisnīgi: šāda veida piekļuve smadzenēm ir nepieredzēta, ārpus noteikta histēriskās zinātnes zīmola daiļliteratūra. Ļaunprātīgas izmantošanas iespējas vismaz ir vērts apspriest.

Ja jūs spējat pietiekami kontrolēt smadzenes, lai fiksētu depresiju un šizofrēniju un personības traucējumus, jūs to varētu darīt arī spēt pietiekami kontrolēt, lai pārprogrammētu kāda cilvēka seksuālo orientāciju - vai izlaupītu satracinātus bērnus un ieslodzītie. Pastāv risks, ka vecāki mēģina izmantot šādu tehnoloģiju, lai piespiestu bērnus mainīt identitāti kas paver pilnīgi jaunas ētiskas bažas, kuras medicīna risinās pirmo reizi kādreiz.

Turklāt no vienkāršas datoru drošības perspektīvas daudzas mūsdienu medicīnas ierīces vienkārši nav pietiekami drošas, un dažos gadījumos tās var uzlauzt, arī bezvadu režīmā. Tāds kompromiss ir pietiekami biedējoši ar elektrokardiostimulatoru, bet tas kļūst patiešām šausminoši, ja ņemat vērā izredzes, ka uzbrucējs bez atļaujas varētu (potenciāli) pērtiķot ap jūsu galvas iekšpusi.

Zinātnieki, kas strādā pie šīm terapijām, nezina par šiem jautājumiem. Kārlis Deisserots tajā pašā iepriekš citētajā intervijā izvirzīja to pašu:

“Optoģenētikas specifika rada jautājumu par to, cik precīzi varētu iekniebt smadzenes, lai patiešām izveidotu indivīdu ar dažādām vajadzībām, vēlmēm, prioritātēm, jūtām […] ir arī satraucošs aspekts, kas rada jautājumus par brīvu būs. ”

Tomēr šīs bažas ir blāvas salīdzinājumā ar milzīgo skaitu cilvēku, kas šausmīgi cieš no šobrīd neārstējamām psihiskām slimībām, kurām optoģenētika var palīdzēt. Šī tehnoloģija ir noderīgāka nekā bīstama, un, tā kā tā tiks izstrādāta dažu nākamo gadu desmitu laikā, tā var radikāli mainīt garīgās veselības terapijas raksturu.

Ko tu domā? Biedējoši, forši vai kaut kur pa vidu? Vai optoģenētika var jums palīdzēt personīgi? Paziņojiet mums komentāros!

Attēla kredīts: Neironi Caur Shutterstock, "Alvas folija," autors Russ Valkers