Aivojen hallinta valolla: se on mahdollista optogenetiikan avulla

Mainos

Lääketieteelliset tutkijat ovat tutkineet aivoja yli viidensadan vuoden ajan - ja kaiken tämän ajan jälkeen arvoituksellisella elimellä on edelleen paljon salaisuuksia. Viimeinkin, muutaman viime vuoden aikana on syntymässä uusi tekniikka, nimeltään “optogenetiikka”, joka voi auttaa tutkijoita selvittämään aivojen salaisuudet (ja hoitamaan sen häiriöt) aivan uudella tavalla.

Miksi tarvitsemme optogenetiikkaa?

Monella tavalla on hämmästyttävää, että psykiatrinen lääkitys toimii ollenkaan. Nykyaikainen tekniikka - mikä on parasta, mitä moderni tiede voi tehdä - tarkoittaa aivojen upottamista kemialliseen kylpyyn ja toivoen, että se tekee yhden asian, josta olemme kiinnostuneita. Ja... se tyyppi toimii! Joskus.

On lääkkeitä, jotka ovat erittäin tehokkaita masennuksen, OCD: n, bipolaaristen häiriöiden ja Parkinsonin taudin hoidossa. Ne ovat usein täynnä epämiellyttäviä sivuvaikutuksia. Lääkkeet, jotka toimivat hyvin, löydettiin usein vain kokeilusta ja virheestä. Monissa tapauksissa tutkijoilla ei ole yksityiskohtaista käsitystä siitä, kuinka aivot toimivat normaalin toiminnan saavuttamiseksi - tai miten ne toimivat toimintahäiriöiden yhteydessä. Näitä tietämyksen aukkoja on vaikea korjata perinteisillä aivojen tutkimismenetelmillä, ja ne rajoittavat kykyä kehittää tehokkaita hoitomuotoja.

Mitä psykiatrit ja neurologit todella haluaisivat, on aivoihin pääsy kokonaan kirjoittamalla - kirjoittamalla kyky päästä jonkun pään sisälle ja kiihottaa tai tukahduttaa mielivaltaiset neuroniryhmät yhden neuronin resoluutiolla antamalla meille mahdollisuuden eristää toimintahäiriöiset populaatiot ja korjata käyttäytymisensä reaaliaika. Valitettavasti jonkun pään murtaminen ja johtimien ajaminen jokaiselle hermostoon on epäkäytännöllistä.

Optogenetiikan lupaus on, että se saattaa todella antaa lääkärien saavuttaa jotain lähellä tällaista pääsyä.

Kuinka tutkijat käyttävät valoa aivojen hallintaan

Näin se toimii: ensinnäkin tutkijat pistävät kohteen geeniteknisellä viruksella, joka on suunniteltu tartuttamaan aivokudosta. Sadat miljardit viruksen kopiot tulvivat aivoihin, injektoimalla hyötykuormansa hermosoluihin heidän kohdatessaan.

Nämä virukset eivät ole haitallisia: sen sijaan, että toimittaisi haitallisen, itsetoistuvan hyötykuorman, nämä virukset ovat suunnitelleet tutkijat toimittavat hyvänlaatuisen DNA-juosteen, joka koodaa erityisiä pintaproteiineja, jotka reagoivat tiettyihin valon aallonpituuksiin. Virukset toimivat yksinkertaisesti kertakäyttöisinä ruiskuina erityisen DNA: n toimittamiseksi soluihin.

Neuronit sisältävät tämän erityisen DNA: n ja, jos olosuhteet ovat oikeat, ilmentävät pintaproteiineja, jotka aiheuttavat ne tuleen kun niitä stimuloidaan valolla - samanlaisia ​​proteiineja, joita ihmisen verkkokalvon solut käyttävät valon ja muodon havaitsemiseksi kuvia. Muuttamalla DNA: ta valittavaksi sen ilmentyessä, tutkijat voivat valita, minkä tyyppiset neuronit (lajikkeita on tuhansia) ilmentävät pintaproteiinia ja reagoivat valoon.

Valitsemalla sitten huolellisesti missä aivojen valo paistaa, stimuloitavat erityispaikat tai masentunut voidaan hallita alle millimetrin tarkkuudella, säätöaste, joka ei ole koskaan aiemmin ollut mahdollista. Vielä paremmin, monet aivojen alueet voivat kärsiä ilman, että tarvitsee leikata tai lankoja langan läpi aivojen välillä, mikä tekee menettelystä paljon turvallisempaa kuin aivojen stimulaation perinteiset muodot.

Ed Boydenin mukaan, biotekniikan ja neurotieteen professori MIT: llä,

Jos pystyt hallitsemaan aivojen soluja, voit selvittää, mikä niiden voima on, mihin ne voivat vaikuttaa - ja myös, jos pystyt hallitsemaan aivojen soluja pystyy korjaamaan poikkeavia aivotiloja, ja voit luoda uudenlaista terapiaa, purkamalla neurologisessa tai psykiatrisessa huonoissa tapauksissa laskenut häiriö

Voit katsella melko teknistä (mutta erittäin mielenkiintoista) luentoa tekniikoista ja menetelmistä alla:

Mitä voit tehdä optogenetiikalla?

Kuvittele, että tutkija haluaa paremmin ymmärtää, kuinka masennus toimii. Joten tutkija kerää joitain masentuneita hiiriä (älä kysy, kuinka tutkijat luovat masentuneita hiiriä, et halua tietää), ja alkaa testata.

He tarkistavat erilaisia ​​neuroneja ja aivojen erilaisia ​​alueita ja näkevät, mitä tapahtuu, kun stimuloit tai masennat noita alueita ja sellaisia ​​neuroneja. Jotkut kokeelliset ryhmät saavat onnellisempia - toiset masentuvat: useimmat eivät kumpikaan. Kaventamalla, mitkä populaatiot liittyvät toisiinsa, ja kuinka ne vaikuttavat tulokseen, tutkija rakentaa hitaasti syvän, yksityiskohtaisen aivojen toiminnallisen kartan: eristäen ilojen koneistot.

Tämä on sellainen kokeilu, jonka optogenetiikka mahdollistaa, ja sen tarkoituksena on antaa tutkijoille syvempi käsitys erilaisista mielenterveystoiminnoista ja tavoista, joilla he voivat mennä pieleen.

Jo optogenetiikka on johtanut mielenkiintoisiin potentiaalisiin näkemyksiin skitsofrenian kuulonhallusinaatioista. Stanfordin yliopiston tohtori Karl Deisserothin mukaan se näyttää nyt todennäköiseltä että äänet ovat itse asiassa sisäisen monologin normaalit komponentit, jotka tulkitaan väärin ulkoiseksi vaikutukseksi.

”Se voi olla huonosti tunnustettu versio sisäisistä ajatuksista. Jotenkin menetetään tieto siitä, että ajatus todella tulee itsestään. Sitä pidetään vieraana asiana, puhetta puhuvana. […] [Ennen optogenetiikkaa] tätä ei ollut mahdollista tietää, koska ei ollut mitään keinoa valita [soluja] oikealla aikavälillä. "

Tällaiset oivallukset ovat tieteellisesti tärkeitä ja voivat johtaa parempiin lääkkeisiin ja hoitomuotoihin sekä vastata muinaisiin mysteereihin tietoisuuden ja älykkyyden luonne Ajattelukoneet: Mitä neurotiede ja tekoäly voivat opettaa meille tietoisuudenVoiko keinotekoisesti älykkäiden koneiden ja ohjelmistojen rakentaminen opettaa meille tietoisuuden toiminnasta ja itse ihmismielen luonteesta? Lue lisää .

Lähitulevaisuudessa lääkärit saattavat pystyä ottamaan näistä kokeista saamansa näkemykset, kääntämään ne, ja käyttää optogenetiikkaa todellisissa potilaissa vaikuttaakseen neurologisiin aktiviteetteihin, jotka edistävät masennus. Optogenetiikan avulla lääkärit eivät voi vain tutkia aivoja, vaan myös muuttaa niitä paljon tarkemmin kuin aiemmin on ollut mahdollista.

Sanity-hatun rakentaminen

Valitettavasti ei ole todennäköisesti mahdollista käyttää optogenetiikkaa ihmisissä ei-invasiivisesti. Kallo on yksinkertaisesti liian paksu, joten sen läpi on johdettava valokuitukaapeleita. Tämä on suuri leikkaus ja siihen liittyy riskejä sen lisäksi, mikä yleensä liittyy psykiatrisen lääkityksen aloittamiseen.

Kyseisillä terapioilla on kuitenkin potentiaalia olla paljon tehokkaampia ja niillä on vähemmän sivuvaikutuksia, joten se on todennäköisesti sen arvoinen monille potilaille. Sähkökäyttöä on jo tutkittu aivojen sydämentahdistimet vakavan masennuksen hoitoon, ja tulokset ovat erittäin lupaavia. Tulevat optogenetiikkaan perustuvat terapiat ovat todennäköisesti vähemmän invasiivisia ja tehokkaampia: kun aivot on kiinnitetty oikein sijoitettuun asemaan valokuitukaapelit, mahdollisesti työnnettyinä nenän läpi pääkalvon loukkaantumisen välttämiseksi, loput laitteistot voidaan varastoida ulkoisesti, helppoa pääsy. Itse implantti (valokuitukaapelit ja laserdiodit) tarvitsisi vain virtaa ja ohjaussignaalin, asiat, jotka jonain päivänä voidaan tarjota langattomasti.

Muu laitteisto (tietokone, akku ja niin edelleen) voitaisiin mahdollisesti käyttää ulkoisesti, jolloin potilaan lääkäri voi ohjelmoida sen tarvittaessa ilman lisäleikkausta.

Psyykkisten sairauksien korjaamisen lisäksi optogenetiikka tarjoaa myös paljon bioyhteensopivan ja vähemmän invasiivisen tavan suoraan stimuloida aivojen ja kehon hermosoluja kuin perinteiset implantoidut elektrodit, mikä menisi pitkälle kohti tehdä transhumanistityylistä suorituskykyä parantavia implantteja Liittäminen aivoihisi ja vartaloosi - istutettujen tietokoneiden tulevaisuusTeknisten innovaatioiden ja kehityksen nykyisen suuntauksen myötä on nyt hyvä aika tutkia tietokoneiden ja ihmisten tekniikan uusinta tasoa. Lue lisää käytännöllisempi.

On selvää, että tämä kaikki on vielä kaukana: optogenetiikka on tällä hetkellä laajalti käytetty tutkimusväline (olemme kattoi kokeilut, joissa sitä käytettiin aiemmin Kevytmuistikoe vaikuttaa hiiren aivoihin kuin MIB-neuralyzerMuistatko, milloin Will Smith ja Tommy Lee Jones käyttivät neuralyzeria ihmisten muistojen poistamiseen? No, UC Davis -tutkijat ovat onnistuneesti "poistaneet tietyt muistot" hiiristä valon avulla. Lue lisää ). Sen rooli kliinisenä terapiana on kuitenkin ainakin vuosikymmen tai kaksi, ja se voidaan hyvinkin korvata muilla tekniikoilla, jotka voivat tarjota samanlaisia ​​tuloksia vähemmän invasiivisesti.

Silti näkymä on jännittävä, ja jotkut sovellukset voivat tulla nopeammin. Esimerkiksi se on mahdollinen käyttää optogenetiikkaa parempien sisäkalvoimplanttien rakentamiseen paljon tarkemmin.

Eikö tämä ole todella pelottavaa?

Jotkut tätä lukeneista piirtävät tinakenkähatut tiukasti korvien ympärille, ja se on kokonaan oikeudenmukainen: tällainen pääsy aivoihin on ennennäkemätöntä tietyn hysteerisen tieteen merkin ulkopuolella fiktio. Väärinkäytösmahdollisuuksista on ainakin keskustelun arvoinen.

Jos pystyt hallitsemaan riittävästi aivojen hallintaa masennuksen, skitsofrenian ja persoonallisuushäiriöiden korjaamiseksi, saatat ehkä kyetä myös hallitsemaan riittävästi jonkun seksuaalisen suuntautumisen ohjelmointia - tai lobotomisoimaan pilaantuneita lapsia ja vankeja. On olemassa riski, että vanhemmat yrittävät käyttää tällaista tekniikkaa pakottaakseen identiteetin muutokset lapsilleen joka avaa täysin uudet eettiset huolet, joita lääketiede käsittelee ensimmäistä kertaa koskaan.

Tämän lisäksi monet nykyaikaiset lääketieteelliset laitteet eivät yksinkertaiselta tietoturvan kannalta ole yksinkertaisesti riittävän turvallisia ja niitä voidaan hakkeroida, joissain tapauksissa langattomasti. Tällainen kompromissi on tarpeeksi pelottava sydämentahdistimen kanssa, mutta se tulee todella kauhistuttavaksi, kun ajatellaan mahdollisuutta, että hyökkääjä voi (mahdollisesti) apinaa pään sisällä ilman lupaa.

Näissä terapioissa työskentelevät tutkijat eivät ole tietoisia näistä asioista. Karl Deisseroth esitti samassa haastattelussa samassa edellä:

”Optogenetiikan spesifisyys herättää kysymyksen siitä, kuinka tarkasti voitaisiin säätää aivoja todella luoda yksilö joilla on erilaisia ​​tarpeita, toiveita, prioriteetteja, tunteita […], on myös häiritsevä näkökohta, joka herättää ilmaisia ​​kysymyksiä tahtoa."

Nämä huolenaiheet ovat kuitenkin vaaleita verrattuna valtavaan määrään ihmisiä, jotka kärsivät kauheasti nykyisin hoitamattomista psykiatrisista sairauksista, joita optogenetiikalla on mahdollisuus auttaa. Tämä tekniikka on hyödyllisempää kuin se on vaarallinen, ja koska sitä kehitetään muutaman seuraavan vuosikymmenen aikana, se voi radikaalisti muuttaa mielenterveyshoidon luonnetta.

Mitä mieltä sinä olet? Pelottava, viileä vai jossain niiden välissä? Voiko optogenetiikalla auttaa sinua henkilökohtaisesti? Kerro meille kommenteista!

Kuvahyvitys: neuronien Shutterstockin kautta, "Folio," kirjoittanut Russ Walker