211service.com
Gaismas slēdzis smadzenēm
Zinātnieki tagad var ieslēgt un izslēgt noteiktas smadzeņu daļas ar vienkāršu gaismas zibspuldzi. Jaunais molekulārais rīks, ko izstrādājuši MIT un Stenfordas zinātnieki, ļauj bezprecedenta kontrolēt smadzenes un var radīt efektīvākas epilepsijas, Parkinsona un citu slimību ārstēšanas metodes. Tas varētu arī palīdzēt neirozinātniekiem uzlauzt smadzeņu valodu: informāciju, kas kodēta neironu elektriskajā aktivitātē, kas veido mūsu atmiņas un vada katru mūsu kustību.
Tārpu treniņš: Ar gaismu aktivizētu izslēgšanas slēdzi var kontrolēt mikroskopisko tārpu kustību. Zinātnieki izstrādāja tārpus, lai izteiktu slēdzi motoros neironos, kas kontrolē organismu spēju peldēt. Bez gaismas tārpi peld normāli. Bet, kad tie tiek pakļauti dzeltenai gaismai, kā norāda dzeltenais aplis, to motoriskie neironi vairs nevar funkcionēt, paralizējot tārpus.
Daudzējādā ziņā es domāju, ka tas radīs revolūciju šajā jomā, saka Maikls Hausers, Londonas Universitātes koledžas neirozinātnieks, kurš rakstīja komentāru, kas pievienots pētījumam, kas publicēts šodien Daba un pagājušajā mēnesī Publiskā zinātnes bibliotēka One . Tas varētu aizstāt stimulējošu elektrodu, kas pēdējos 100 gadus ir bijis galvenais neirofiziologu instruments. Tas varētu arī uzlabot klīniskos pielietojumus gadījumos, kad ir pierādīts, ka implantēti elektrodi ir noderīgi, mērķējot uz specifiskām šūnām ierosināšanu vai inhibīciju.
Neironi kodē informāciju ar virkni elektrisku impulsu, kas tiek pārraidīti starp šūnām. Neirozinātnieki tradicionāli ir pētījuši smadzeņu šūnu darbību, sūtot elektrības grūdienus, ko piegādā elektrods, kas izraisa aktivitāti neironos. Tomēr ir grūti mērķēt šo darbību uz noteikta veida šūnām, un nav atbilstošas ārstēšanas, lai izslēgtu šūnas.
Pagājušajā gadā Karls Deisserots, Stenfordas bioinženieris un ārsts, un Eds Boidens, MIT bioinženieris, izvēlējās gaismas jutīgu kanālu no medūzām, lai izveidotu ģenētisku ieslēgšanas slēdzi. Kanāls atrodas uz šūnas membrānas un atveras, pakļaujoties gaismai, ļaujot pozitīvam lādiņam ieplūst šūnā. Gaisma uz neironiem, kas ir ģenētiski izstrādāti, lai pārnēsātu kanālu, izraisa elektrisko aktivitāti šūnā, kas pēc tam izplatās uz nākamo ķēdes neironu. (Zinātnieki izmanto optiskās šķiedras, lai apgaismotu smadzenēs.)
Multivide
Noskatieties video par gaismas ietekmi uz izstrādātajiem tārpiem.
Deisseroth un Boyden tagad ir neatkarīgi izveidojuši izslēgšanas slēdzi, kas darbojas ar līdzīgu mehānismu. Šoreiz zinātnieki izmantoja gēnu, kas kodē proteīna sūkni: kad tas iedarbojas ar dzeltenu gaismu, tas šūnā sūknē negatīvu lādiņu, bloķējot šī neirona izšaušanos. Abus slēdžus var izmantot vienā šūnā, efektīvi dodot neirozinātniekiem gaismas slēdzi, ko var izmantot, lai ieslēgtu un izslēgtu neironu darbību.
Šī jaunatklātā spēja precīzi kontrolēt neironus beidzot varētu sniegt atbildes uz galvenajiem jautājumiem par smadzenēm. Tas varētu palīdzēt zinātniekiem atrast konkrētas šūnas vai nervu darbības modeļus, kas ir iesaistīti kognitīvajos procesos, piemēram, uzmanības koncentrācijā vai konkrētās slimībās, piemēram, epilepsijā.
Gan epilepsiju, gan Parkinsona slimību var ārstēt ar smadzenēs implantētiem elektrodiem. Taču elektroda piegādātā elektrība stimulē visas tuvumā esošās šūnas, nevis tikai slimās, pastiprinot blakusparādības un, iespējams, samazinot ārstēšanas efektivitāti. Tas ir bijis neticamas neapmierinātības avots, saka Deisserots, praktizējošais psihiatrs, kurš pārbauda elektrisko stimulāciju kā līdzekli smagas depresijas ārstēšanai. Mēs zinām, ka mēs varam gūt labumu no ārstēšanas, ievietojot elektrodus smadzenēs, taču mēs īsti nezinām, kāds ir mērķa šūnu tips.
Deisseroth un Boyden tagad izmanto gaismas slēdžus, lai pētītu šo slimību dzīvnieku modeļus, lai precīzi noskaidrotu, kuras šūnas ir jāieslēdz vai jāizslēdz. Viņu atklājumus varētu izmantot, lai izstrādātu jaunas zāles, kas paredzētas tikai šīm šūnām, vai kādu dienu aizstāt elektrodus ar precīzākiem gaismas aktivētiem implantiem.
Slēdzis varētu arī palīdzēt atšifrēt smadzeņu valodu, palīdzot neirozinātniekiem noteikt, kā dažādi nervu darbības modeļi rada sarežģītas domas un darbības. Piemēram, nesenie pētījumi liecina, ka ritmiski elektriskie modeļi mūsu smadzenēs ir svarīgi mūsu spējai pievērst uzmanību. Zinātnieki varētu izmantot slēdzi, lai izjauktu šos modeļus dzīvniekiem un noskaidrotu, vai tas iznīcina viņu spēju pievērst uzmanību. Vai arī viņi varētu mēģināt izraisīt šos modeļus un noskaidrot, vai tas uzlabo dzīvnieku uzmanību. Tas ir bijis neirozinātnieku sapnis jau ilgu laiku, saka Hausers. Spēt manipulēt ar telpisko un laika darbības modeli tīklā un atrast kodu, kas ir saistīts ar noteikta veida uzvedību.
Turklāt zinātnieki var manipulēt ar specifiskām neironu koda vienībām - elektriskās aktivitātes impulsiem vai smailēm, kas tiek pārraidītas starp šūnām. Mēs esam parādījuši, ka varam virzīt smailes apkārt, bloķēt tās, aizkavēt tās, saka Boidens. Mēs patiešām varam mainīt neironu kodēšanu milisekundes laika skalā. Tam vajadzētu ļaut zinātniekiem noteikt, kurš koda aspekts — lēcienu laiks vai lēcienu ātrums — kodē informāciju smadzenēs, un šī diskusija ir plosījusies gadu desmitiem.