Ovládání mozku se světlem Je to možné u optogenetiky

Lékařští vědci studují mozek více než pět set let - a po celou tu dobu má záhadný orgán stále spoustu tajemství. Konečně, během několika posledních let, se volala nová technika “optogenetika” objevuje se, což 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 ... to funguje! Někdy.

Existují léky, které jsou velmi účinné při léčbě deprese, OCD, bipolární poruchy a Parkinsonovy choroby. Často jsou protkáni 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.

To, co by psychiatři a neurologové opravdu chtěli, je úplný přístup ke čtení a zápisu do mozku: schopnost zasáhnout něčí hlavu a vzrušovat nebo potlačovat libovolné skupiny neuronů s rozlišením jednoho neuronu, což nám umožňuje izolovat populace, které jsou nefunkční, a opravit jejich chování v reálném čase. Naneštěstí je praskání něčí hlavy otevřené a vedení drátů do každého neuronu nepraktické.

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

Jak vědci používají světlo k ovládání mozku

Funguje to takto: Nejprve vědci injekčně podají tomuto viru geneticky upravený virus určený 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 dodávání škodlivého, samoreprodukujícího se užitečného zatížení byly tyto viry konstruovány vědci tak, aby dodávali nezhoubný 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 způsobují jejich oheň, když jsou stimulovány světlem - stejné druhy proteinů, které lidské buňky sítnice používají k detekci světla a vytváření obrazů. Změnou DNA, která má být ostražitější, když se sama exprimuje, si vědci mohou vybrat, které druhy neuronů (existují tisíce druhů) exprimují povrchový protein a budou reagovat na světlo.

Poté pečlivou kontrolou toho, kde na mozku svítí světlo, lze specifická místa, která jsou stimulovaná nebo depresivní, ovládat s přesností milimetrů, což je stupeň kontroly, který nikdy předtím nebyl možný. Ještě lepší je, že mnoho oblastí mozku může být zasaženo, aniž by bylo třeba řezat dráty mozkem, nebo je protnout dráty, což činí postup mnohem bezpečnějším než konvenční formy stimulace mozku.

Podle Ed Boyden, profesora 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 děsily u neurologické nebo psychiatrické poruchy

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 pochopit, jak deprese funguje. Výzkumník tedy shromažďuje některé depresivní myši (neptejte se, jak vědci vytvářejí depresivní myši, které nechcete vědět), a začne testovat.

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 ve vztahu a jak ovlivňují výsledek, výzkumník pomalu vytváří hlubokou, podrobnou funkční mapu mozku: izoluje stroje radosti.

Toto 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 se nyní zdá pravděpodobné, že hlasy jsou ve skutečnosti normální složky 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 vhledů jsou vědecky důležité a mohly by vést k lepším lékům a terapiím a také k zodpovězení starověkých záhad o povaze vědomí a inteligence. Myšlení stroje: Co nás mohou neurověda a umělá inteligence naučit o myslích Myšlení stroje: co neurověda a umělé Inteligence nás může naučit o vědomí Může stavba uměle inteligentních strojů a softwaru nás učit o fungování vědomí a povaze samotné lidské mysli? .

V blízké budoucnosti budou lékaři schopni získat poznatky, které získají z těchto experimentů, otočit je a použít optogenetiku na skutečné pacienty k ovlivnění neurologických aktivit, které přispívají k depresi. 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 optické kabely. Toto je velká operace a s tím spojená rizika, nad rámec toho, co se běžně podílí na zahájení kurzu psychiatrických léků.

Tyto terapie však mají potenciál být mnohem účinnější a mají méně vedlejších účinků, takže pro mnoho pacientů to pravděpodobně bude stát za to. Již existoval výzkum používání elektrických kardiostimulátorů k léčbě těžké deprese a výsledky jsou velmi slibné. Budoucí terapie založené na optogenetice budou pravděpodobně méně invazivní a účinnější: jakmile je mozek opatřen správně umístěnými vláknovými optickými kabely, možná zasunutými do nosu, aby nedošlo k porušení lebky, zbytek hardwaru může být uložen externě, pro snadné přístup. Implantát samotný (kabely z optických vláken a laserové diody) by potřeboval pouze energii a kontrolní signál, což by se jednoho dne mohlo bezdrátově zajistit.

Zbytek hardwaru (počítač, baterie atd.) By se mohl nosit externě, což by umožnilo lékaři pacienta přeprogramovat jej podle potřeby, aniž by bylo nutné provést další chirurgický zákrok.

Kromě nápravy duševních chorob poskytuje optogenetika také mnohem více biokompatibilní a méně invazivní způsob, jak přímo stimulovat nervové buňky v mozku a těle, než konvenční implantované elektrody, což by šlo dlouhou cestou k vytváření transhumanistických implantátů zvyšujících výkon Zapojení do mozku a tělo - budoucnost implantovaných počítačů Zapojení mozku a těla - budoucnost implantovaných počítačů Se současným trendem technické inovace a pokroku je nyní vhodná doba k prozkoumání současného stavu v oblasti technologií počítač-člověk. praktičtější.

Abychom si to vyjasnili, je to stále ještě hodně daleko: optogenetika je v současnosti široce používaný výzkumný nástroj (experimenty jsme použili dříve, než experiment s lehkou pamětí ovlivní mozkové myši jako MIB Neuralyzerový experiment s lehkou pamětí ovlivní mozkové mozky jako MIB Neuralyzer Pamatujete si, kdy Smith a Tommy Lee Jones použijí neuralyzer k vymazání vzpomínek lidí? Vědci UC Davis úspěšně "vymazali specifické vzpomínky" u myší pomocí světla.). 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 možné použít optogenetiku k vytvoření lepších kochleárních implantátů s mnohem větší přesností.

Není to všechno opravdu děsivé?

Někteří z vás, kteří to čtou, již kolem vašich uší přitahují vaše tinfoil klobouky, a to je zcela fér: tento přístup k mozku je bezprecedentní, mimo určitou značku hysterické science fiction. O možnosti zneužití stojí alespoň diskuse.

Pokud máte dostatečnou kontrolu nad mozkem, abyste mohli napravit depresi a schizofrenii a poruchy osobnosti, měli byste být také schopni vykonat dostatečnou kontrolu, aby přeprogramovali něčí sexuální orientaci - nebo lobotomizovali hlučné děti a vězně. Rizika rodičů, kteří se pokoušejí použít tuto technologii k tomu, aby své děti přiměli ke změně identity, je taková, která otevírá zcela nové etické obavy, s nimiž se bude medicína potýkat poprvé.

Kromě toho, z pohledu jednoduché počítačové bezpečnosti, mnoho moderních lékařských zařízení prostě není dostatečně zabezpečeno a může být hacknuto, v některých případech bezdrátově. Tento druh kompromisu je s kardiostimulátorem dost děsivý, ale je to opravdu děsivé, když vezmete v úvahu vyhlídku, že by útočník mohl (potenciálně) opici kolem 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 jedince s různými potřebami, touhami, prioritami, pocity […] existuje i znepokojující aspekt, který vyvolává otázky svobodné 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!

Image Credit: Neurons Via Shutterstock, “Staniol,” od Russ Walker