Ученые-медики изучают мозг более пятисот лет — и после всего этого времени загадочный орган все еще хранит множество секретов. Наконец, всего за последние несколько лет появляется новая методика, называемая «оптогенетика», которая может помочь ученым разгадать секреты мозга (и вылечить его расстройства) совершенно новым способом.
Зачем нам нужна оптогенетика?
Во многих отношениях удивительно, что психиатрические лекарства работают вообще. Современное состояние — самое лучшее, что может сделать современная наука, — это погружение мозга в химическую ванну и надежда на то, что он делает то, что нас интересует. И … это работает! Иногда.
Существуют препараты, которые очень эффективны для лечения депрессии, ОКР, биполярного расстройства и болезни Паркинсона. Они часто пронизаны неприятными побочными эффектами. Лекарства, которые хорошо работают, часто открывались не более чем методом проб и ошибок. Во многих случаях ученые не имеют детального понимания того, как мозг работает для достижения нормальной функции — или как он работает, когда он работает со сбоями. Эти пробелы в знаниях трудно устранить с помощью традиционных способов изучения мозга и ограничивают возможности разработки эффективных методов лечения.
Психиатрам и неврологам на самом деле нужен полный доступ для чтения и записи к мозгу: способность проникать внутрь чьей-то головы и возбуждать или подавлять произвольные группы нейронов с разрешением в один нейрон, что позволяет нам изолировать популяции, которые являются нефункциональными, и корректировать их. поведение в реальном времени. К сожалению, взломать чью-то голову и проложить провода к каждому нейрону нецелесообразно.
Перспектива оптогенетики заключается в том, что она может позволить врачам достичь чего-то близкого к такому доступу.
Как ученые используют свет для управления мозгом
Вот как это работает: во-первых, исследователи вводят субъекту генно-инженерный вирус, предназначенный для заражения мозговой ткани. Сотни миллиардов копий вируса наводняют мозг, вводя их полезные нагрузки в нервные клетки, когда они сталкиваются с ними.
Эти вирусы не являются вредными: вместо того, чтобы доставлять вредоносную, самовоспроизводящуюся полезную нагрузку, эти вирусы были разработаны учеными для создания доброкачественной цепи ДНК, которая кодирует специальные поверхностные белки, которые реагируют на определенные длины волн света. Вирусы просто служат одноразовыми шприцами для доставки специальной ДНК в клетки.
Нейроны включают эту особую ДНК и, если условия правильные, экспрессируют поверхностные белки, которые вызывают их возгорание при воздействии света — те же самые белки, которые используются клетками сетчатки человека для обнаружения света и формирования изображений. Изменяя ДНК, чтобы она была более требовательной, когда она выражает себя, ученые могут выбирать, какие виды нейронов (существуют тысячи разновидностей) экспрессируют поверхностный белок и будут реагировать на свет.
Затем, тщательно контролируя, где свет проникает в мозг, можно контролировать конкретные места, которые стимулируются или подавляются, с точностью до миллиметра, степени контроля, которая ранее никогда не была возможной. Более того, многие области мозга могут быть затронуты без необходимости разрезать или продевать провода через мозговое вещество, что делает процедуру намного более безопасной, чем обычные формы стимуляции мозга.
По словам Эда Бойдена , профессора биоинженерии и нейробиологии в Массачусетском технологическом институте,
Если вы можете контролировать клетки в мозге, вы можете выяснить, какова их сила, на что они могут влиять, а также, если вы можете контролировать клетки в мозге, вы можете исправить аберрантные состояния мозга и создать новые виды терапии. рекультивация вычислений, которые ошиблись при неврологических или психических расстройствах
Вы можете посмотреть довольно техническую (но чрезвычайно интересную) лекцию о методах и методологии ниже:
Что вы можете сделать с Optogenetics?
Представьте, что исследователь хочет лучше понять, как работает депрессия. Итак, исследователь собирает несколько мышей с депрессией (не спрашивайте, как исследователи создают мышей с депрессией, вы не хотите знать), и начинает тестирование.
Они проверяют различные виды нейронов и различные области мозга и смотрят, что происходит, когда вы стимулируете или подавляете эти области и эти типы нейронов. Некоторые экспериментальные группы становятся счастливее, другие — более подавленными: большинство не делают ни того, ни другого. Сужая, какие популяции связаны и как они влияют на результат, исследователь медленно строит глубокую, детальную функциональную карту мозга: изолируя механизмы радости.
Это тот тип эксперимента, который позволяет оптогенетика, и он дает ученым более глубокое понимание различных психических функций и путей, которыми они могут ошибаться.
Оптогенетика уже привела к некоторым интересным потенциальным взглядам на слуховые галлюцинации шизофрении. По словам доктора Карла Дейссерота из Стэнфордского университета, сейчас кажется вероятным, что голоса, на самом деле, являются нормальными компонентами внутреннего монолога, который неверно истолковывается как внешнее влияние.
«Это может быть плохо узнаваемая версия внутренних мыслей. Каким-то образом информация о том, что мысль действительно исходит от самого себя, теряется. Это рассматривается как иностранная вещь, голос говорящий. […] [До оптогенетики] не было никакого способа узнать это, потому что не было никакого способа избирательно контролировать [клетки] в правильном масштабе времени ».
Такого рода идеи важны с научной точки зрения и могут привести к улучшению лекарств и методов лечения, а также к ответу на древние загадки о природе сознания и интеллекта.
В ближайшем будущем врачи смогут получить информацию, полученную в результате этих экспериментов, перевернуть их и использовать оптогенетику для реальных пациентов, чтобы повлиять на неврологические активности, способствующие депрессии. Оптогенетика позволяет врачам не только изучать мозг, но и изменять его с гораздо большей точностью, чем это было возможно ранее.
Создание Шляпы Здоровья
К сожалению, вероятно, невозможно использовать оптогенетику на людях неинвазивно. Череп просто слишком толстый, поэтому через него необходимо пропустить оптоволоконные кабели. Это серьезное хирургическое вмешательство, с которым связаны риски, помимо того, что обычно связано с началом курса психиатрического лечения.
Тем не менее, рассматриваемые методы лечения могут быть намного более эффективными и иметь меньше побочных эффектов, поэтому, вероятно, это будет стоить этого для многих пациентов. Уже были проведены исследования по использованию электрических кардиостимуляторов для лечения тяжелой депрессии , и результаты очень многообещающие. Будущие методы лечения, основанные на оптогенетике, вероятно, будут менее инвазивными и более эффективными: после того, как мозг снабжен правильно расположенными оптоволоконными кабелями, возможно, вставленными через нос, чтобы избежать повреждения черепа, остальная часть аппаратного обеспечения может храниться снаружи, для простоты доступ. Самому имплантату (волоконно-оптическим кабелям и лазерным диодам) потребовались бы только питание и управляющий сигнал, то есть то, что однажды может быть обеспечено беспроводным способом.
Остальную часть оборудования (компьютер, батарею и т. Д.) Можно носить снаружи, что позволяет врачу пациента перепрограммировать его по мере необходимости, не требуя дополнительной операции.
Помимо коррекции психических заболеваний, оптогенетика также обеспечивает гораздо более биосовместимый и менее инвазивный способ прямой стимуляции нервных клеток в мозге и организме, чем обычные имплантированные электроды, что будет иметь большое значение для создания имплантов, улучшающих производительность в трансгуманистическом стиле. более практично.
Чтобы быть ясным, до этого еще далеко: оптогенетика — это широко используемый исследовательский инструмент в настоящее время (мы рассмотрели эксперименты с его использованием до того, как ). Тем не менее, его роль в качестве клинической терапии составляет не менее десяти или двух лет, и вполне может быть заменена другими методами, которые могут обеспечить аналогичные результаты менее инвазивным.
Тем не менее, перспектива является захватывающей, и некоторые приложения могут прийти раньше. Например, можно использовать оптогенетику для создания лучших кохлеарных имплантатов с гораздо большей точностью.
Разве это не все действительно страшно?
Некоторые из вас, читающих это, уже затягивают ваши ушные вкладыши из фольги вокруг ушей, и это совершенно справедливо: такой доступ к мозгу беспрецедентен, если не считать какой-то истеричной научной фантастики. Потенциал для злоупотребления, по крайней мере, стоит обсудить.
Если вы можете осуществлять достаточный контроль над мозгом, чтобы устранить депрессию, шизофрению и расстройства личности, вы также можете установить достаточный контроль, чтобы перепрограммировать чью-то сексуальную ориентацию или лоботомизировать шумных детей и заключенных. Риск того, что родители попытаются использовать такую технологию, чтобы навязать своим детям изменения личности, открывает новые этические проблемы, с которыми медицина столкнется впервые.
Помимо этого, с точки зрения простой компьютерной безопасности, многие современные медицинские устройства просто недостаточно защищены и могут быть взломаны, в некоторых случаях беспроводным способом. Подобный компромисс достаточно страшен для кардиостимулятора , но он становится действительно ужасающим, если учесть, что злоумышленник может (потенциально) обезьянить в вашей голове без разрешения.
Ученые, работающие над этими методами лечения, не знают об этих проблемах. Карл Дайссерот в том же интервью, которое цитировал выше, поднял ту же мысль:
«Специфика оптогенетики ставит вопрос о том, как точно можно настроить мозг, чтобы действительно создать индивидуума с различными потребностями, желаниями, приоритетами, чувствами […], также есть тревожный аспект, который поднимает вопросы свободной воли».
Тем не менее, эти проблемы бледны по сравнению с огромным числом людей, ужасно страдающих от неизлечимых в настоящее время психических заболеваний, которым оптогенетика может помочь. Эта технология более полезна, чем опасна, и, поскольку она будет разработана в течение следующих нескольких десятилетий, может радикально изменить характер психотерапевтической терапии.
Что вы думаете? Страшно, круто или где-то посередине? Оптогенетика может помочь вам лично? Дайте нам знать об этом в комментариях!
Изображение предоставлено: нейроны через Shutterstock, «Tinfoil» , Расс Уокер