Gaisma bēniņos: kā Optogenetics padara iespējamu pārmērīgu smadzeņu Datorurķēšana

Bioloģija ir daudz kā Legos, jo metaforiski runājot, viss ir daudz kā Legos. Patiesība ir tāda, ka mūsu ķermeņi, mūsu šķietami vienveidīgie veselumi, patiesībā sastāv no neskaitāmām mazām daļām un ka sajaukšanas un saskaņošanas funkcijas ir mīkstas, asiņainas, nevis tik sarežģītas. Piemēram, un, lai iegūtu šo loģisko vilcienu, jūs varat ražot neironus, kas spēj radīt un reaģēt uz gaismu, tādējādi izveidojot pavisam jaunu neirotransmitera sistēmu, kas netraucē esošajām sistēmām, smadzenes smadzenēs.

Tā ir ideja pie sirds (vai galvas vai jebkuras) jaunās optogenētikas jomas. Tāpat kā daudzi citi bioloģijas rīki, optogenētika balstās uz cita organisma bioloģiju, kas tika aizņemts. Šajā gadījumā tas ir proteīns, ko sauc par kanrodopsīnu-2 (ChR-2), un tas nāk no zaļajām aļģēm, ko sauc par Chlamydomonas reinhardtii. Izrādās, ka ir daudz gaismas jutīgu jonu kanālu, kā šis. Ideja ir veidot jaunas bioloģiskās sistēmas, kas balstītas uz ķieģeļu ķieģeļu ChR-2.

Kopš Karl Deisseroth inženierijas zīdītāju neironiem, kas 2005. gadā tika audzēti laboratorijā, lai izpaustu ChR-2, daudzi pētnieki ir pielietojuši optogenētiku, izmantojot to, lai noskaidrotu, kuri neironi dara to. Piemēram, viena veida neironu - neokortikālo parvalbumīna neironu - modulē 40 ciklu sekundes ritmus smadzenēs (“gammas svārstības”). Jau kādu laiku ir zināms, ka gan šizofrēnijas, gan autisma pacientiem gamma svārstības ir patoloģiskas, tāpēc šobrīd tiek uzsāktas jaunas stratēģijas šo šūnu izpētei un iespējamai labošanai. Šī ir īpaši intriģējoša stratēģija. Pat ja indivīda pamatā esošā ģenētika šajās šūnās rada nenormālu rezultātu, ja zinātnieki var vienkārši ignorēt šo rezultātu, tad šie ģenētika nebūtu svarīgi.

Pavisam nesen zinātnieki ir sākuši eksperimentēt ar ideju izveidot optogenētiskus tīklus, izmantojot bioluminiscences šūnas. Konkrētāk, galvenā uzmanība ir pievērsta Osamu Shimomura atklātajam bioluminiscences veidam 1962. gadā, kas ir no medūzu Aequorea victoria un reaģē uz gaismu (Shimomura ieguva Nobela viņa pētījumam). Gaismas veidojošās šūnas un gaismas jutīgās šūnas ir - lai atkārtotu metaforu - kā Lego dubultās puses.

Veicinot mijiedarbību starp šiem diviem šūnu veidiem, zinātnieki varētu sasniegt nepieredzētu neironu precizitātes līmeni. Viņi varēs arī saņemt optogēnās šūnas, lai reaģētu uz gaismu, nesalaužot zibspuldzi uz peles galvu, kas ir forši - īpaši pelēm.

Bet kā ar pieteikumiem? Viena iespēja ir padarīt pašas šūnas, kas reaģē uz gaismu, radīt to. Tātad, kad viņi bioloģiski darbojas, saka, ka tie ražo leptīnu vai ghrelīnu, un tādējādi regulē jūsu apetīti - tie arī iedegsies un aktivizēs sistēmu. To darot, zinātnieki varētu potenciāli izsaukt saražoto ghrelīna daudzumu, lai cilvēki retāk iegūtu mazāk izsalkuši. Vai arī tie varētu izsaukt insulīna daudzumu, kas izdalās, reaģējot uz cukura līmeni asinīs. Vai arī viņi varētu applūst zonā ar adrenalīnu, kad cilvēki noguruši.

Alternatīvi, var iznīcināt esošās sistēmas. Piemēram, optogenetiski inženieris amigdalā, lai reaģētu uz gaismu, un neironu aktivizēšana amygdalā, lai ražotu gaismas pētniekus, varētu pārvērtēt cilvēku inhibitoru neironus, lai pārvarētu viņu stresa vai trauksmes sajūtu. Ne vairāk trauksmes. (Tas varētu novest pie bezdarba lēciena, jo cilvēki izjūk, lai turpinātu prieku.)

Mēs vēl varam iegūt mīļāko: Varbūt mēs varētu izstrādāt sistēmu, kurā katrs tīklā esošais neirons izpaužas savā krāsā, un optogenētiskās šūnas prasa, lai katrs kanāls tiktu aktivizēts, lai to efekts tiktu realizēts. Tātad viena neirona šaušanas vietā ir jāaktivizē visa atmiņa, lai sistēma darbotos. Varbūt dažu atmiņu sliktās sekas varētu tikt vājinātas. Vai viss varētu tikt darīts, lai reaģētu uz zālēm, lai lietotājs varētu to ieslēgt vai izslēgt.

Jebkurā gadījumā vēl joprojām ir nopietni zinātniski un reglamentējoši šķēršļi, pirms šī sci-fi pārrakstīšana sākas nopietni. Lai lietas izskatītu perspektīvā, FDA vēl nav apstiprinājusi jebkādas gēnu terapijas procedūras, un Eiropā ir apstiprināta tikai viena procedūra. Šī stuff ir tālu prom.

Bet tas nāk.

Pētniekiem netika zaudēts, ka optogēnās šūnas varētu strādāt arī ar aparatūru - ka mēs varam ne tikai iebrukt mūsu sistēmas, izmantojot šīs jaunās tehnoloģijas, bet arī pieslēgties lielākai sistēmai. Bioloģija ir kā Legos, bet tas ir mazāk kā Legos, nekā tas varētu būt. Gaidīt, ka tas mainīsies.