Материалы портала «Научная Россия»

Контроль над мозгом

Ученые научились управлять деятельностью клеток мозга с помощью света

 Всего одна вспышка света – и мышь бежит в нужном вам направлении. Гипноз? Нет, оптогенетика: новый инструмент нейрофизиологов. Оптогенетика позволяет управлять деятельностью клеток мозга с помощью света. В будущем она может помочь врачам диагностировать и лечить эпилепсию, депрессию, болезнь Паркинсона и многие другие недуги.

Мозг, как известно, контролирует деятельность своих клеток, и нейрофизиологи давно бьются над тем, чтобы самим управлять этими клетками. Оптогенетика позволяет «включать» и «отключать» нейроны в любое время. Ученые из медицинского центра Уэйк-Форест Бэптист применили оптогенетику для прояснения нейро-химических аспектов пагубных зависимостей человека. Руководитель исследования, адъюнкт-профессор нейробиологии и анатомии Евгений Будыгин с помощью света обнаружил и взял под контроль отдельные популяции так называемых дофаминовых клеток. Дофамин ― это нейромедиатор, управляющий в мозге центрами удовольствия и подкрепления. Новая техника позволила понять некоторые механизмы работы дофамина, благодаря которым можно будет ослабить алкогольную зависимость.

Активируя те или иные нервные клетки, ученые могут узнать, какие формы поведения они регулируют. В случае алкоголизма это позволяет установить причинно-следственную связь между нейрохимическими изменениями в мозгу и зависимым поведением.

«Это исследование сразу стало сенсацией. Вы можете выбрать клетки любого типа и заставить их реагировать на луч света», – рассказывает Элизабет Хиллмэн (Elizabeth Hillman), инженер по биомедицинскому оборудованию. По словам соавтора исследования Джеффри Вайнера (Jeffrey L. Weiner), хотя они испытывали оптогенетические методы на крысах-«алкоголиках», результаты работы могут помочь и людям.

Но тут возникает немало «но».

Во-первых, чтобы управлять нейронами с помощью света, в каждую клетку мозга нужно добавить генетический материал. Над мышами такие операции проводить несложно, а над людьми – невозможно.

Во-вторых, крайне лучам света крайне тяжело проникать в мозг. «Попробуйте посветить фонариком сквозь ладонь», – замечает Хиллмэн.

В-третьих, ученые опасаются, что свет «бьет» сразу по очень многим клеткам (отсюда нередко случаются нежелательные последствия).

Но ученые не теряют надежды останавливать недуги с помощью света. Если эта техника окажется успешной, оптогенетика могла бы применяться против болезни Паркинсона, депрессии, аддикций (т.е. зависимостей, пагубный привычек) и шизофрении.

Но на этом эксперименты с воздействием света на мозговые клетки не закончились. Группе исследователей под руководством Эхуда Исакова (Ehud Isacoff) удалось встроить в нейроны аквариумной рыбки – полосатого данио – ген, кодирующий белок, который активируется светом. Воздействие света определенной длины волны на таких модифицированных рыбок меняет состояние ионных каналов в мембранах нейронов и стимулирует выработку нервных импульсов. А воздействие лучом света с большей длиной волны восстанавливает исходное состояние нейронов.

Генетически модифицированные личинки рыбок после 15-минутного воздействия света с длиной волны 365 нм теряли способность ощущать внешние воздействия и даже не дергались в ответ на прикосновение кончиком пипетки. Зато после 30-секундного облучения синим (500 нм) светом утраченные рефлексы восстанавливались. По результатам дополнительных проверок, никакие другие функции у рыбок не пострадали: они так же свободно плавали, охотились и проявляли все зрительно-двигательные рефлексы, как и обычные данио.

В итоге ученые впервые получили возможность избирательно управлять нейронами определенного типа, входящими в состав нервных путей головного мозга. Эта возможность стимулировать определенные нейроны живых организмов важна для исследователей, занятых изучением специфических типов нервных клеток, участвующих в обеспечении различных функций мозга и формировании поведенческих реакций.

Источник: nanonewsnet.ru

мозг оптогенетика

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий