Işıkla Beyin Kontrolü: Optogenetik ile Mümkün

İlan

Tıp bilimcileri beyni beş yüz yıldan fazla bir süredir inceliyorlar - ve o zamandan sonra esrarengiz organ hala birçok sır taşıyor. Son olarak, sadece son birkaç yılda, bilim adamlarının beynin sırlarını çözmesine (ve bozukluklarını tedavi etmesine) tamamen yeni bir şekilde yardımcı olabilecek “optogenetik” adlı yeni bir teknik ortaya çıkıyor.

Neden Optogenetiğe İhtiyacımız Var?

Birçok yönden, psikiyatrik ilaçların işe yaraması şaşırtıcı. En son modern bilim yapabileceğiniz en son teknoloji, beyni kimyasal bir banyoya daldırmak ve ilgilendiğimiz tek şeyi yapmasını ummaktır. Ve… bu biraz işe yarıyor! Ara sıra.

Depresyon, OKB, bipolar bozukluk ve Parkinson hastalığını tedavi etmek için çok güçlü ilaçlar vardır. Çoğu zaman hoş olmayan yan etkilerle dolup taşarlar. İyi çalışan ilaçlar genellikle deneme yanılma yönteminden başka bir şey tarafından keşfedilmemiştir. Birçok durumda, bilim adamları beynin normal işlevlere ulaşmak için nasıl çalıştığı veya hatalı çalıştığında nasıl çalıştığı konusunda ayrıntılı bir anlayışa sahip değildir. Bu bilgi boşluklarını, beyni çalışmanın geleneksel yollarıyla ele almak zordur ve etkili terapiler geliştirme yeteneğini sınırlar.

Psikiyatristlerin ve nörologların gerçekten istediği şey, beyne tam okuma-yazma erişimi: birinin kafasına ulaşma ve heyecanlandırma veya Tek nöron çözünürlüğüyle keyfi nöron gruplarını bastırın, işlevsiz olan popülasyonları izole etmemize ve davranışlarını düzeltmemize izin verin. gerçek zaman. Ne yazık ki, birinin kafasını açık ve her bir nörona tel koşturmak pratik değildir.

Optogenetik vaadi, aslında doktorların bu tür erişime yakın bir şey elde etmelerine izin verebileceğidir.

Bilim adamları Beyni Kontrol Etmek İçin Işığı Nasıl Kullanır?

Şöyle çalışır: ilk olarak, araştırmacılar konuyu beyin dokusunu enfekte etmek için tasarlanmış genetik olarak tasarlanmış bir virüsle enjekte eder. Virüsün yüz milyarlarca kopyası beyni sular altında tutar ve yüklerini karşılaştıklarında sinir hücrelerine enjekte eder.

Bu virüsler zararlı değildir: Kötü amaçlı, kendi kendini kopyalayan bir yük vermek yerine, bu virüsler bilim adamları, ışığın belirli dalga boylarına yanıt veren özel yüzey proteinlerini kodlayan iyi huylu bir DNA zinciri iletirler. Virüsler, özel DNA'yı hücrelere vermek için tek kullanımlık şırıngalar olarak işlev görür.

Nöronlar bu özel DNA'yı içerir ve koşullar doğruysa ateşlenmelerine neden olan yüzey proteinlerini ifade eder ışıkla uyarıldığında - insan retinal hücreleri tarafından ışığı ve formu tespit etmek için kullanılan proteinlerin aynısı Görüntüler. Bilim insanları DNA'yı kendini ifade ettiğinde piknik yapacak şekilde değiştirerek, hangi tür nöronların (binlerce çeşit vardır) yüzey proteinini ifade ettiğini seçebilir ve ışığa tepki verecektir.

Ardından, ışığın beynin neresinde parladığını dikkatlice kontrol ederek, uyarılan belirli yerler veya depresyon milimetre altı hassasiyetle kontrol edilebilir, daha önce hiç kontrol edilmemiş bir kontrol derecesi mümkün. Daha da iyisi, beynin birçok bölgesi, beyin maddesini kesmeye veya telleri kesmeye gerek kalmadan etkilenebilir, bu da prosedürü geleneksel beyin stimülasyon formlarından daha güvenli hale getirir.

Ed Boyden'e göreMIT'de biyomühendislik ve sinirbilim profesörü,

Beyindeki hücreleri kontrol edebilirseniz, güçlerinin ne olduğunu, ne etkileyebileceklerini anlayabilirsiniz - ve ayrıca beyindeki hücreleri kontrol edebiliyorsanız anormal beyin durumlarını düzeltebilir ve nörolojik veya psikiyatrik bir şekilde ters giden hesaplamaları yeniden oluşturarak yeni terapi türleri oluşturabilirsiniz. düzensizlik

Aşağıdaki teknikler ve metodoloji hakkında oldukça teknik (ancak son derece ilginç) bir ders izleyebilirsiniz:

Optogenetik ile Neler Yapabilirsiniz?

Bir araştırmacının depresyonun nasıl çalıştığını daha iyi anlamak istediğini düşünün. Bu nedenle, araştırmacı depresif fareler toplar (araştırmacıların depresif fareleri nasıl yarattığını sormayın, bilmek istemezsiniz) ve test etmeye başlar.

Farklı nöron türlerini ve beynin farklı bölgelerini kontrol ederler ve bu alanları ve bu tür nöronları uyartığınızda veya bastırdığınızda ne olduğunu görürler. Bazı deney grupları daha mutlu olur - bazıları daha depresyona girer: çoğu da yoktur. Araştırmacı, hangi popülasyonların ilişkili olduğunu ve sonucu nasıl etkilediğini daraltarak, beynin derin, ayrıntılı bir işlevsel haritasını yavaşça oluşturur: sevinç makinelerini izole etmek.

Bu, optogenetiğin sağladığı deney türüdür ve bilim insanlarına farklı zihinsel işlevler ve yanlış gidebilecekleri yollar hakkında daha derin bir anlayış kazandırmayı amaçlamaktadır.

Şimdiden, optogenetik şizofreninin işitsel halüsinasyonları hakkında bazı ilginç potansiyel anlayışlara yol açmıştır. Stanford Üniversitesi'nden Dr. Karl Deisseroth'a göre, şimdi muhtemel görünüyor seslerin aslında iç monologun normal bileşenleri olan dış etki olarak yanlış yorumlanmasıdır.

“Bu, iç düşüncelerin kötü tanınan bir versiyonu olabilir. Her nasılsa bir düşüncenin gerçekten kendisinden geldiği bilgisi kaybolur. Yabancı bir şey, sesli bir konuşma olarak görülüyor. […] [Optogenetikten önce] bunu bilmenin bir yolu yoktu çünkü doğru zaman ölçeğinde [hücreleri] seçici olarak kontrol etmenin bir yolu yoktu. ”

Bu tür içgörüler bilimsel olarak önemlidir ve eski gizemleri yanıtlamanın yanı sıra daha iyi ilaçlara ve tedavilere yol açabilir. bilinç ve zekanın doğası Düşünme Makineleri: Sinirbilim ve Yapay Zekanın Bize Bilinç Hakkında Ne Öğretebilir?Yapay olarak zeki makineler ve yazılımlar oluşturmak bize bilincin işleyişi ve insan zihninin doğası hakkında bilgi verebilir mi? Daha fazla oku .

Yakın gelecekte, doktorlar bu deneylerden aldıkları bilgileri alabilir, döndürebilir, katkıda bulunan nörolojik aktiviteleri etkilemek için gerçek hastalarda optogenetik kullanmak ve depresyon. Optogenetik, doktorların sadece beyni incelemesine değil, aynı zamanda daha önce mümkün olandan çok daha büyük bir hassasiyetle değiştirmesine izin verir.

Akıl Sağlığı Şapkası İnşa Etmek

Ne yazık ki, optogenetiği insanlar üzerinde invaziv olmayan bir şekilde kullanmak muhtemelen mümkün değildir. Kafatası çok kalın, bu yüzden fiber optik kabloları içinden beslemek gerekiyor. Bu büyük bir ameliyattır ve bununla ilişkili, bir psikiyatrik ilaç tedavisine başlamada normalde neyin üstünde ve ötesinde riskleri vardır.

Bununla birlikte, söz konusu tedavilerin çok daha etkili olma ve daha az yan etkiye sahip olma potansiyeli vardır, bu nedenle birçok hasta için buna değecektir. Elektrik kullanımı ile ilgili araştırmalar zaten yapıldı şiddetli depresyonu tedavi etmek için beyin kalp pillerive sonuçlar çok umut vericidir. Optogenetiğe dayalı gelecekteki tedaviler muhtemelen daha az invaziv ve daha etkili olacaktır: beyin uygun şekilde konumlandırıldıktan sonra Kafatasının ihlal edilmesini önlemek için belki de burun içinden yerleştirilen fiber optik kablolar, donanımın geri kalanı harici olarak saklanabilir, kolay Giriş. İmplantın kendisi (fiber optik kablolar ve lazer diyotlar), bir gün kablosuz olarak sağlanabilecek şeyler için sadece güce ve bir kontrol sinyaline ihtiyaç duyacaktır.

Donanımın geri kalanı (bilgisayar, pil vb.) Harici olarak giyilebilir ve bu da hastanın doktorunun ek ameliyat gerektirmeden gerektiğinde yeniden programlamasına olanak tanır.

Akıl hastalığını düzeltmenin ötesinde, optogenetik ayrıca doğrudan biyolojik olarak çok daha uyumlu ve daha az invaziv bir yol sağlar. beyin ve vücuttaki sinir hücrelerini, uzun bir yol kat edecek geleneksel implante elektrotlardan daha fazla uyarır yapımı transhumanist tarzı performans artırıcı implantlar Beyninizi ve Vücudunuzu Takmak - İmplante Bilgisayarların GeleceğiMevcut teknik yenilik ve ilerleme eğilimi ile, şimdi bilgisayar-insan teknolojilerindeki son teknolojiyi keşfetmek için iyi bir zaman. Daha fazla oku daha pratik.

Açık olmak gerekirse, bu hala uzun bir yol: optogenetik şu anda yaygın olarak kullanılan bir araştırma aracıdır ( daha önce kullanan deneyler Hafif Bellek Deneyi, MIB Nöralizatörü Gibi Fare Beynini EtkilerWill Smith ve Tommy Lee Jones insanların anılarını silmek için neuralyzer'ı kullandıklarını hatırlıyorlar mı? UC Davis araştırmacıları farelerde ışık kullanarak başarılı bir şekilde "belirli anıları sildiler". Daha fazla oku ). Bununla birlikte, bir klinik tedavi olarak rolü en az on veya iki yıldır ve yerini daha az invaziv olarak benzer sonuçlar sağlayabilen diğer tekniklerin yerini alabilir.

Yine de, umut verici ve bazı uygulamalar daha erken gelebilir. Örneğin, mümkün çok daha hassas bir şekilde daha iyi koklear implantlar oluşturmak için optogenetik kullanmak.

Bu Gerçekten Korkunç Değil mi?

Bazılarınız bunu okuyor zaten folyo folyo şapkalarınızı kulaklarınıza daha sıkı çekiyor ve bu tamamen adil: beyne bu tür bir erişim, belirli bir histerik bilim markası dışında benzeri görülmemiş kurgu. Kötüye kullanım potansiyeli en azından tartışmaya değer.

Depresyon, şizofreni ve kişilik bozukluklarını düzeltmek için beyin üzerinde yeterince kontrol yapabilirseniz, ayrıca birinin cinsel yönelimini yeniden programlamak için yeterli kontrol uygulayabilir - veya kabadayı çocukları lobotomize edebilir ve mahkumlar. Bu teknolojiyi kullanmaya çalışan ebeveynlerin çocuklarına kimlik değişikliklerini zorlamak için riskleri tıbbın ilk kez ilgileneceği tamamen yeni etik kaygılara yol açan Hiç.

Bunun ötesinde, basit bir bilgisayar güvenliği perspektifinden, birçok modern tıbbi cihaz yeterince güvenli değildir ve bazı durumlarda kablosuz olarak saldırıya uğrayabilir. Bu tür bir uzlaşma bir kalp pili ile yeterince korkutucu, ancak bir saldırganın (potansiyel olarak) kafanızın içinde izinsiz olarak maymun kalabileceğini düşününce gerçekten dehşet verici.

Bu terapiler üzerinde çalışan bilim adamları bu sorunların farkında değiller. Karl Deisseroth, yukarıda belirtilen aynı röportajda aynı noktayı gündeme getirdi:

“Optogenetiğin özgüllüğü, bir kişinin gerçekten bir birey yaratmak için beynini tam olarak nasıl değiştirebileceği sorusunu gündeme getiriyor farklı ihtiyaçlar, arzular, öncelikler, duygular ile […] rahatsız edici bir yönü de vardır, bu da ücretsiz sorular getirir. niyet."

Yine de, bu endişeler, optogenetiklerin yardım etme potansiyeli olan şu anda tedavi edilemeyen psikiyatrik hastalıklardan korkunç derecede acı çeken muazzam sayıda insanla karşılaştırıldığında soluktur. Bu teknoloji tehlikeli olduğundan daha kullanışlıdır ve önümüzdeki birkaç on yıl içinde geliştirildiği için zihinsel sağlık terapisinin doğasını kökten değiştirebilir.

Ne düşünüyorsun? Korkutucu, havalı veya arada bir yerde? Optogenetik, kişisel olarak size yardımcı olma potansiyeline sahip mi? Yorumlarda bize bildirin!

İmaj Kredisi: Nöronlar Shutterstock üzerinden, "Aliminyum folyo," ile Russ Walker