211service.com
Smegenų dekodavimas naudojant šviesą
Molekuliniai šviesos jungikliai gali tiksliai atskleisti, kurie neuronai dalyvauja kuriant atmintį, todėl mokslininkai gali suaktyvinti šią atmintį naudojant tik šviesą. Išvada, pateikta adresu Neurologijos draugija Šią savaitę Čikagoje vykusioje konferencijoje yra tik vienas pavyzdys, kaip naujoji technologija, vadinama optogenetika, leidžia mokslininkams išspręsti pagrindinius neatsakytus klausimus apie smegenis, įskaitant konkrečių smegenų regionų vaidmenį formuojant atmintį, priklausomybės procesą ir perėjimą. nuo miego iki pabudimo.
Lengvas reljefas: Dėl šviesos jungiklių, kurie buvo genetiškai modifikuoti į specifinius neuronus, mokslininkai naudoja šviesolaidinius kabelius, kad kontroliuotų pelių nervų veiklą. Technologija, vadinama optogenetika, gali būti naudojama susieti specifines nervines grandines su skirtingu elgesiu ir ligomis.
Vos prieš ketverius metus sukurta technologija Karlas Deisserothas , gydytojas ir bioinžinierius iš Stanfordo ir Edas Boydenas , dabar yra MIT bioinžinierius, jau naudoja šimtai laboratorijų visame pasaulyje. Dėl molekulinio tinkavimo ir naujų šviesolaidinių prietaisų, kurie per implantą tiekia šviesą giliai į smegenis, mokslininkai gali naudoti optogenetiką, kad ištirtų nervų stimuliacijos poveikį įvairiems gyvų gyvūnų elgesiams.
Kad neuronai būtų jautrūs šviesai, mokslininkai genetiškai modifikuoja juos, kad perneštų baltymą, pritaikytą iš žaliųjų dumblių. Kai modifikuotas neuronas yra veikiamas šviesos per optinio pluošto implantą, baltymas sukelia elektrinį aktyvumą ląstelėje, kuris plinta į kitą grandinės neuroną. Ši technologija leidžia mokslininkams daug tiksliau kontroliuoti nervų veiklą nei ankstesni metodai, kurie paprastai buvo susiję su elektros srovės tiekimu per elektrodą.
Michaelas Hausseris Londono universiteto koledžo komanda naudoja optogenetiką, kad ištirtų, kaip prisiminimai saugomi pelių smegenyse. Pagal pagrindinį atminties formavimo modelį, išmokus naujos asociacijos – pavyzdžiui, kad tam tikras garsas skamba prieš elektros šoką – suaktyvina neuronų pogrupį smegenų dalyje, vadinamą hipokampu. Manoma, kad atminties atkūrimas gali būti suaktyvintas aktyvavus tik tam tikrą ląstelių pogrupį tame tinkle, sako Hausseris. Tačiau nėra aiškių, tiesioginių eksperimentinių įrodymų, patvirtinančių bet kurį proceso etapą.
Hausseris ir jo bendradarbiai genetiškai sukūrė šviesai jautrų baltymą, kad jis būtų išreikštas tik hipokampo neuronuose, kurie buvo aktyvuoti formuojant atmintį. Tada jie išmokė peles bijoti tam tikro garso, suporuodami jį su elektros šoku. Išgirdę garsą, gyvūnai sustingo iš baimės ir paskatino baltymų gamybą aktyvuotose smegenų ląstelėse.
Kitą dieną mokslininkai mėlyna šviesa apšvietė gyvūnų hipokampus. Tai sukėlė aktyvumą tik tame ląstelių pogrupyje, kuris užsidegė formuojant atmintį dieną prieš tai, todėl gyvūnas sustingo iš baimės reaguodamas į šviesą, o ne į garsą. Mokslininkai šias ląsteles taip pat pažymėjo fluorescenciniu žymekliu, leidžiančiu suskaičiuoti ląstelių, dalyvaujančių kuriant atmintį, skaičių. Hausseris teigia, kad labai mažo šių gyvūnų neuronų skaičiaus pakanka, kad būtų galima atšaukti 100–200 ląstelių.
Be pagrindinių smegenų aspektų apšvietimo, mokslininkai naudoja technologiją, kad geriau suprastų konkrečias ligas, tokias kaip depresija, Parkinsono liga ir priklausomybė, tikėdamiesi pagerinti gydymą. Pavyzdžiui, Parkinsono liga gali būti gydoma taikant giliąją smegenų stimuliaciją, kai chirurginiu būdu implantuotas elektrodas tiekia impulsus į konkrečią giliai smegenų struktūrą. Tačiau procedūra yra invazinė ir kelia šalutinio poveikio, pvz., depresijos ir pažinimo sutrikimo, riziką. Anksčiau šiais metais Deisseroth komanda paskelbė išsamią informaciją apie tyrimus, kuriuose naudojami šviesos jungikliai, siekiant ištirti smegenų grandines, susijusias su Parkinsono liga. Jie išsiaiškino, kad jie gali sumažinti motorinį trūkumą gyvūnams, turintiems į Parkinsono ligą panašių simptomų, aktyvuodami nervinius taikinius daug arčiau smegenų paviršiaus.
Išvados padidina galimybę naudoti neinvazinius smegenų stimuliavimo metodus, skirtus Parkinsono liga sergantiems pacientams gydyti, kuriuos dabar tiria Deisserothas ir bendradarbiai. Transkranijinė magnetinė stimuliacija (TMS), būdas suaktyvinti smegenų dalis naudojant magnetą, uždėtą ant galvos, jau buvo patvirtintas Maisto ir vaistų administracijos depresijos gydymui. Tačiau tyrimai, naudojant TMS Parkinsono ligai gydyti, davė įvairių rezultatų, tikriausiai dėl to, kad žmonės, nesivadovaujant tokiomis žiniomis, žvalgėsi po įvairias smegenų dalis, sako Deisserothas. Naujame tyrime mokslininkai pirmiausia naudos sudėtingus smegenų vaizdavimo metodus, kad nustatytų Parkinsono liga sergančių pacientų žmogaus koreliaciją tarp tyrimų su gyvūnais nustatytos dėmės (tiksli sritis gali skirtis kiekvienam asmeniui), o tada nukreips stimuliaciją konkrečiai. į tą regioną.
Mokslininkai taip pat naudoja optogenetiką depresijai, kitai ligai, kurią galima gydyti elektrine stimuliacija, tirti. Jie tikisi išlaisvinti smegenų sritis, atsakingas už įvairius su depresija susijusius simptomus, tokius kaip nuovargis, beviltiškumas ir malonumo stoka kasdienėje veikloje.
Tyrėjai imituoja klinikinę pelių depresiją, keldami joms keletą dienų didelio socialinio streso. Po tokio streso šie paprastai socialūs gyvūnai visą likusį gyvenimą susilaiko nuo socialinio bendravimo. Kaip ir klinikinė žmonių depresija, šis sutrikimas sukelia nenormalius nervinio aktyvumo modelius smegenų dalyje, vadinamoje prefrontaline žieve, ir ją galima sumažinti vartojant antidepresantus.
Herbertas Covingtonas, tyrinėtojas Erikas Nestleris Sinajaus kalno medicinos mokyklos Niujorke laboratorija padarė stresą patiriančių pelių prefrontalinės žievės neuronus jautrius šviesai. Tada jis stimuliavo gyvūnų neuronus, naudodamas šviesą, panašią į sveikų pelių, tyrinėjančių naują aplinką, modelį. Panašiai kaip antidepresantai, gydymas šviesa privertė anksčiau baisius gyvūnus normaliai bendrauti su kitomis pelėmis.
Depresija yra sudėtingas elgesio derinys, sako Covington. Prefrontalinės žievės stimuliavimas gali atkurti socialinį elgesį. Toliau pažiūrėsime, ar tai gali atkurti aktyvumą – ar pelės pasirinks daryti tai, kas joms būtų naudinga, o tai dažnai yra depresijos problema. Išvados galiausiai gali padėti tyrėjams sukurti gydymo būdus, skirtus specifiniams ligos aspektams.
Dar neaišku, ar optogenetikos technologija taps pačiu gydymu, ar jos pagrindinis poveikis atskleis ligas. Dvi grupės jau sutelkia dėmesį į galimus gydymo būdus: Edas Boydenas iš MIT įkūrė startuolį, kuris naudodamas optogenetiką regėjimo sutrikimų turintiems žmonėms atstato regėjimą, padarydamas pažeistas tinklainės ląsteles jautrias šviesai, ir startuolį, išspręstą iš Case Western Reserve universiteto Klivlande. OH, planuoja komercializuoti technologiją, kaip atkurti šlapimo pūslės kontrolę paralyžiuotiems žmonėms.