211service.com
Smadzeņu atšifrēšana ar gaismu
Molekulārie gaismas slēdži var precīzi atklāt, kuri neironi ir iesaistīti atmiņas veidošanā, ļaujot zinātniekiem aktivizēt šo atmiņu, izmantojot tikai gaismu. Atklājums, kas iesniegts plkst Neiroloģijas biedrība konferencē Čikāgā šonedēļ, ir tikai viens piemērs tam, kā jauna tehnoloģija, ko sauc par optoģenētiku, ļauj zinātniekiem risināt galvenos neatbildētos jautājumus par smadzenēm, tostarp konkrētu smadzeņu reģionu lomu atmiņas veidošanā, atkarības procesā un pārejā. no miega līdz nomodā.
Viegls reljefs: Zinātnieki izmanto optiskās šķiedras kabeļus, lai kontrolētu neironu aktivitāti pelēm, pateicoties gaismas slēdžiem, kas ir ģenētiski pārveidoti īpašos neironos. Tehnoloģiju, ko sauc par optoģenētiku, var izmantot, lai saistītu noteiktas neironu ķēdes ar dažādu uzvedību un slimībām.
Tehnoloģija, ko tikai pirms četriem gadiem izstrādāja Kārlis Deisserots , ārsts un bioinženieris Stenfordā, un Eds Boidens , kas tagad ir MIT bioinženieris, jau izmanto simtiem laboratoriju visā pasaulē. Pateicoties molekulārajai manipulācijai un jaunām optisko šķiedru ierīcēm, kas caur implantu piegādā gaismu dziļi smadzenēs, pētnieki var izmantot optoģenētiku, lai izpētītu nervu stimulācijas ietekmi uz dažādu dzīvu dzīvnieku uzvedību.
Lai padarītu neironus jutīgus pret gaismu, zinātnieki ģenētiski modificē tos, lai tie pārnēsātu proteīnu, kas pielāgots no zaļajām aļģēm. Kad modificētais neirons tiek pakļauts gaismai, izmantojot optisko šķiedru implantu, proteīns šūnā izraisa elektrisko aktivitāti, kas izplatās uz nākamo ķēdes neironu. Šī tehnoloģija ļauj zinātniekiem kontrolēt nervu darbību daudz precīzāk nekā iepriekšējās metodes, kas parasti ietvēra elektriskās strāvas piegādi caur elektrodu.
Maikls Hausers Londonas Universitātes koledžas komanda izmanto optoģenētiku, lai pārbaudītu, kā atmiņas tiek glabātas peļu smadzenēs. Saskaņā ar atmiņas veidošanās pamatmodeli, jaunas asociācijas apgūšana, piemēram, ka konkrēta skaņa ir pirms elektriskās strāvas trieciena, aktivizē neironu apakškopu smadzeņu daļā, ko sauc par hipokampu. Tiek uzskatīts, ka atmiņas atsaukšanu var aktivizēt, aktivizējot tikai šī tīkla šūnu apakškopu, saka Hausers. Taču nevienam procesa posmam nav skaidru, tiešu eksperimentālu pierādījumu.
Hausers un viņa līdzstrādnieki ģenētiski izstrādāja gaismas jutīgo proteīnu, lai tas tiktu izteikts tikai hipokampa neironos, kas tika aktivizēti atmiņas veidošanās laikā. Pēc tam viņi mācīja pelēm baidīties no noteiktas skaņas, savienojot to ar elektriskās strāvas triecienu. Izdzirdot skaņu, dzīvnieki sastinga no bailēm un izraisīja proteīna ražošanu aktivizētajās smadzeņu šūnās.
Nākamajā dienā pētnieki apspīdēja zilu gaismu dzīvnieku hipokampos. Tas izraisīja aktivitāti tikai tajā šūnu apakškopā, kas iepriekšējā dienā aktivizējās atmiņas veidošanās laikā, liekot dzīvniekam sastingt bailēs, reaģējot uz gaismu, nevis skaņu. Pētnieki arī marķēja šīs šūnas ar fluorescējošu marķieri, ļaujot viņiem saskaitīt atmiņas veidošanā iesaistīto šūnu skaitu. Hausers saka, ka ļoti mazs neironu skaits šajos dzīvniekos ir pietiekams, lai veicinātu atsaukšanu, apmēram 100 līdz 200 šūnas.
Papildus tam, lai izgaismotu visvienkāršākos smadzeņu aspektus, pētnieki izmanto šo tehnoloģiju, lai labāk izprastu konkrētas slimības, piemēram, depresiju, Parkinsona slimību un atkarību, cerot uzlabot ārstēšanu. Piemēram, Parkinsona slimību var ārstēt, izmantojot dziļu smadzeņu stimulāciju, kurā ķirurģiski implantēts elektrods piegādā impulsus noteiktai struktūrai dziļi smadzenēs. Taču procedūra ir invazīva un rada tādu blakusparādību risku kā depresija un kognitīvās disfunkcijas. Šī gada sākumā Deisserota komanda publicēja informāciju par pētījumiem, izmantojot gaismas slēdžus, lai pētītu smadzeņu ķēdes, kas saistītas ar Parkinsona slimību. Viņi atklāja, ka tie var mazināt motorisko deficītu dzīvniekiem ar Parkinsona slimībai līdzīgiem simptomiem, aktivizējot nervu mērķus daudz tuvāk smadzeņu virsmai.
Rezultāti rada iespēju izmantot neinvazīvas metodes smadzeņu stimulēšanai Parkinsona slimnieku ārstēšanai, ko Deisseroth un līdzstrādnieki tagad pēta. Transkraniālā magnētiskā stimulācija (TMS), veids, kā aktivizēt smadzeņu daļas, izmantojot magnētu, kas novietots virs galvas ādas, jau ir apstiprinājusi Pārtikas un zāļu pārvalde depresijas ārstēšanai. Taču pētījumi, kuros Parkinsona slimības ārstēšanā izmantoja TMS, ir devuši dažādus rezultātus, iespējams, tāpēc, ka cilvēki ir staigājuši pa dažādām smadzeņu daļām, nevadoties no šāda veida zināšanām, saka Deisserots. Jaunā pētījumā pētnieki vispirms izmantos sarežģītas smadzeņu attēlveidošanas metodes, lai Parkinsona slimniekiem mēģinātu identificēt cilvēka korelāciju no pētījumos ar dzīvniekiem identificētās vietas (precīzs apgabals, iespējams, atšķirsies no cilvēka uz cilvēku), un pēc tam īpaši mērķētu uz stimulāciju. uz šo reģionu.
Zinātnieki izmanto arī optoģenētiku, lai pētītu depresiju, citu slimību, ko var ārstēt ar elektrisko stimulāciju. Viņi cer novērst smadzeņu apgabalus, kas ir atbildīgi par dažādiem ar depresiju saistītiem simptomiem, piemēram, nogurumu, bezcerību un prieka trūkumu ikdienas aktivitātēs.
Pētnieki atdarina klīnisko depresiju pelēm, pakļaujot tās vairākas dienas ilgam sociālam stresam. Pēc šāda stresa šie parasti sabiedriskie dzīvnieki atturas no sociālās mijiedarbības visu atlikušo mūžu. Tāpat kā klīniskā depresija cilvēkiem, šis traucējums rada neparastus neironu aktivitātes modeļus smadzeņu daļā, ko sauc par prefrontālo garozu, un to var mazināt ar antidepresantiem.
Herberts Kovingtons, pētnieks Ēriks Nestlers Laboratorija Sinaja kalna Medicīnas skolā Ņujorkā padarīja neironus stresa pakļautu peļu prefrontālajā garozā jutīgus pret gaismu. Pēc tam viņš stimulēja dzīvnieku neironus, izmantojot gaismu, kas tika piegādāts līdzīgi kā veselām pelēm, kas pēta jaunu vidi. Līdzīgi kā antidepresanti, gaismas apstrāde lika iepriekš bailīgajiem dzīvniekiem normāli socializēties ar citām pelēm.
Depresija ir sarežģīts uzvedības sajaukums, saka Kovingtons. Prefrontālās garozas stimulēšana var atjaunot sociālo uzvedību. Tālāk mēs apskatīsim, vai tas var atjaunot aktivitāti — vai peles izvēlēsies darīt lietas, kas tām šķiet atalgojošas, kas bieži vien ir depresijas problēma. Rezultāti galu galā varētu ļaut pētniekiem izstrādāt ārstēšanu, kas vērsta uz konkrētiem slimības aspektiem.
Pagaidām nav skaidrs, vai optoģenētikas tehnoloģija pati par sevi kļūs par ārstēšanu, vai arī tās galvenā ietekme atklās slimības. Divas grupas jau koncentrējas uz iespējamām ārstēšanas metodēm: Ed Boyden no MIT ir nodibinājis jaunuzņēmumu, kas izmanto optoģenētiku, lai atjaunotu redzi cilvēkiem ar redzes traucējumiem, padarot bojātās tīklenes šūnas jutīgas pret gaismu, un jaunuzņēmumu, kas izveidots no Case Western Reserve universitātes Klīvlendā. OH, plāno komercializēt tehnoloģiju, lai atjaunotu urīnpūšļa kontroli paralizētiem cilvēkiem.