Оптогенетика: физика на мозъчния контрол
Последно: 16 януари 2014 г. в 06:49
Преди около десет години невробиолозите постепенно започнаха да усвояват оптични методи за изследване на мозъка.
С времето стана ясно, че оптиката може да се допълни органично – а в някои случаи и да се замени – с традиционните методи с използването на електроди в качеството на основен измерителен инструмент за изучаването на мозъка.
Традиционните неврологични изследвания започват с хирургично имплантиране на метални електроди в мозъка на опитно животно, най-често заек или мишка. Тези електроди са насочени към специфичен тип клетки, които се намират в определени мозъчни участъци.
След това животното се подлага на въздействието на различни външни стимули, а електрическата активност на невроните, намиращи се в контакт с електродите, се записва на компютър.
Анализът и обработката на тези електрически сигнали след това се предава като картина към индивидуални клетки, възбуждани в съответствие с определен модел. След това тези модели се съотнасят към процесите на обучение, запомняне, обработка на сензорни данни и други функции на мозъка. По такъв начин изследванията с помощта на електроди изцяло разчитат на пасивното наблюдение.
Но оптиката в комбинация с генетиката – наука, получила названието оптогенетика – позволява на учените с невероятна точност пряко да контролират мозъчните функции вместо простото наблюдение.
Оптогенетичното изследване започва с въвеждането на вирусен носител в мозъка на животното. Във вируса се поставя ген, кодиращ светочувствителния белтък, формиращ йонен канал, а след това вирусът се насочва към специфични неврони, които са обект на изследването. (Мозъкът съдържа множество различни типове неврони.) Присветването от хирургично имплантирания оптичен накрайник отваря йонните канали, карайки неврона да се възбужда.
По такъв начин клетките от изследвания мозък могат буквално да се включват и изключват. Възможностите на тази мощна техника практически са безгранични. Примерите включват възстановяване на зрението след увреждане на ретината благодарение на възбуждане на клетките от визуалната система на мозъка; включване и изключване на чувството на глад; тренировка на мозъка в потискане на обсесивно-компулсивно разстройство. Но засега планове за оптогенетични изследвания върху хора не съществуват.
За организирането на тази неврореволюция биолозите трябва да благодарят на физиците, изучаващи оптиката. Лазерите в последните години претърпяха технологично усъвършенстване, съпоставимо с развитието на компютрите за последните 50 години. Сега те са по-прости, сигурни и достъпни от когато и да било преди.
Същото развитие са преминали и оптичните влакна, които могат да се огъват, завъртат и проникват в най-малките пространства. Днес дори неспециалистите могат да сглобят и контролират достъпни оптични системи.
