211service.com
Šviesos jungiklis smegenims
Dabar mokslininkai gali įjungti ir išjungti tam tikras smegenų dalis paprastu šviesos blyksniu. Naujasis molekulinis įrankis, kurį sukūrė MIT ir Stanfordo mokslininkai, leidžia precedento neturinčiai valdyti smegenis ir gali padėti veiksmingiau gydyti epilepsiją, Parkinsono ligą ir kitas ligas. Tai taip pat galėtų padėti neurologams įveikti smegenų kalbą: informaciją, užkoduotą neuronų elektrinėje veikloje, kuri formuoja mūsų prisiminimus ir nukreipia kiekvieną mūsų judesį.
Sliekų treniruotė: Šviesa įjungiamas išjungimo jungiklis gali valdyti mikroskopinių kirminų judėjimą. Mokslininkai sukūrė kirminus, kad išreikštų jungiklį motoriniuose neuronuose, kurie kontroliuoja organizmų gebėjimą plaukti. Be šviesos kirminai plaukia normaliai. Tačiau kai juos veikia geltona šviesa, kaip rodo geltonas apskritimas, jų motoriniai neuronai nebegali veikti ir paralyžiuoja kirminus.
Daugeliu atžvilgių manau, kad tai sukels revoliuciją šioje srityje, sako Michaelas Hausseris, Londono universiteto koledžo neurologas, parašęs komentarą kartu su tyrimu, paskelbtu šiandien. Gamta ir praėjusį mėnesį Viešoji mokslo biblioteka One . Jis galėtų pakeisti stimuliuojantį elektrodą, kuris pastaruosius 100 metų buvo pagrindinis neurofiziologų įrankis. Tai taip pat galėtų pagerinti klinikinį pritaikymą, kai buvo įrodyta, kad implantuoti elektrodai yra naudingi, nukreipiant sužadinimą ar slopinimą konkrečioms ląstelėms.
Neuronai koduoja informaciją elektros impulsų serija, perduodama tarp ląstelių. Neuromokslininkai tradiciškai tyrė smegenų ląstelių funkciją, siųsdami elektrodo tiekiamą elektros srovę, kuri sukelia neuronų aktyvumą. Tačiau sunku nukreipti šią veiklą į konkretų ląstelių tipą ir nėra atitinkamo gydymo ląstelėms išjungti.
Praėjusiais metais Stenfordo bioinžinierius ir gydytojas Karlas Deisserothas ir MIT bioinžinierius Edas Boydenas pasirinko šviesai jautrų kanalą iš medūzų, kad sukurtų genetinį įjungimo jungiklį. Kanalas yra ant ląstelės membranos ir atsidaro veikiamas šviesos, todėl teigiamas krūvis patenka į ląstelę. Šviečianti šviesa neuronams, kurie genetiškai modifikuoti pernešti kanalą, sukelia ląstelės elektrinį aktyvumą, kuris vėliau plinta į kitą grandinės neuroną. (Mokslininkai naudoja optines skaidulas, kad į smegenis patektų šviesa.)
Multimedija
Žiūrėkite vaizdo įrašą apie šviesos poveikį sukurtiems kirminams.
Deisserothas ir Boydenas dabar savarankiškai sukūrė išjungimo jungiklį, kuris veikia panašiu mechanizmu. Šį kartą mokslininkai panaudojo geną, koduojantį baltymų siurblį: paspaudus geltonai šviesai, jis pumpuoja neigiamą krūvį į ląstelę, blokuodamas tam neuronui šaudyti. Abu jungikliai gali būti naudojami toje pačioje ląstelėje, efektyviai suteikiant neurologams šviesos jungiklį, kuriuo galima įjungti ir išjungti nervų veiklą.
Šis naujai atrastas gebėjimas tiksliai valdyti neuronus pagaliau galėtų pateikti atsakymus į pagrindinius klausimus apie smegenis. Tai gali padėti mokslininkams rasti konkrečias ląsteles arba nervų veiklos modelius, kurie yra susiję su pažinimo procesais, tokiais kaip dėmesys, arba tam tikromis ligomis, tokiomis kaip epilepsija.
Tiek epilepsija, tiek Parkinsono liga gali būti gydomi į smegenis implantuotais elektrodais. Tačiau elektrodo tiekiama elektra stimuliuoja visas šalia esančias ląsteles, o ne tik sergančias, padidindama šalutinį poveikį ir galbūt sumažindama gydymo veiksmingumą. Tai buvo neįtikėtino nusivylimo šaltinis, sako Deisserothas, praktikuojantis psichiatras, išbandantis elektrinę stimuliaciją kaip sunkios depresijos gydymą. Žinome, kad įsmeigę elektrodus į smegenis galime gauti naudos iš gydymo, bet iš tikrųjų nežinome, koks yra tikslinės ląstelės tipas.
Deisserothas ir Boydenas dabar naudoja šviesos jungiklius, kad ištirtų šių ligų gyvūnų modelius, kad tiksliai išsiaiškintų, kurias ląsteles reikia įjungti arba išjungti. Jų išvados galėtų būti panaudotos kuriant naujus vaistus, skirtus tik toms ląstelėms, arba vieną dieną pakeisti elektrodus tikslesniais šviesos aktyvuojamais implantais.
Jungiklis taip pat galėtų padėti iššifruoti smegenų kalbą, padėdamas neurologams nustatyti, kaip įvairūs nervinės veiklos modeliai sukelia sudėtingas mintis ir veiksmus. Pavyzdžiui, naujausi tyrimai parodė, kad mūsų smegenų ritminiai elektros modeliai yra svarbūs mūsų gebėjimui atkreipti dėmesį. Mokslininkai galėtų naudoti šį jungiklį, kad sutrikdytų šiuos gyvūnų modelius ir sužinotų, ar tai panaikina jų gebėjimą atkreipti dėmesį. Arba jie gali pabandyti sukelti šiuos modelius ir išsiaiškinti, ar tai pagerina gyvūnų dėmesį. Tai ilgą laiką buvo neuromokslininkų svajonė, sako Hausseris. Gebėti manipuliuoti erdvės ir laiko veiklos modeliu tinkle ir rasti kodą, susijusį su tam tikra elgsena.
Be to, mokslininkai gali manipuliuoti specifiniais neuroninio kodo vienetais – tarp ląstelių perduodamais elektros aktyvumo impulsais arba šuoliais. Mes parodėme, kad galime stumti smaigalius, juos blokuoti, atidėti, sako Boydenas. Mes tikrai galime pakeisti neuronų kodavimą milisekundės laiko skalėje. Tai turėtų leisti mokslininkams nustatyti, kuris kodo aspektas – spuogų laikas ar šuolių dažnis – koduoja informaciją smegenyse, o diskusijos vyksta dešimtmečius.