Έλεγχος εγκεφάλου με φως: Είναι δυνατό με την οπτογενετική

Διαφήμιση

Οι ιατροί επιστήμονες μελετούν τον εγκέφαλο για περισσότερα από πεντακόσια χρόνια - και, μετά από όλο αυτό το διάστημα, το αινιγματικό όργανο εξακολουθεί να κρατά πολλά μυστικά. Τέλος, τα τελευταία χρόνια, αναδύεται μια νέα τεχνική που ονομάζεται «οπτογενετική», η οποία μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να αποκαλύψουν τα μυστικά του εγκεφάλου (και να θεραπεύσουν τις διαταραχές του) με έναν εντελώς νέο τρόπο.

Γιατί χρειαζόμαστε οπτογενετική;

Με πολλούς τρόπους, είναι εκπληκτικό το ότι η ψυχιατρική φαρμακευτική αγωγή λειτουργεί καθόλου. Η τελευταία λέξη της τεχνολογίας - η καλύτερη που μπορεί να κάνει η σύγχρονη επιστήμη - ισοδυναμεί με εμβάπτιση του εγκεφάλου σε ένα χημικό λουτρό και ελπίζοντας ότι κάνει το ένα πράγμα που μας ενδιαφέρει. Και... είναι ένα είδος έργων! Ωρες ωρες.

Υπάρχουν φάρμακα που είναι πολύ ισχυρά για τη θεραπεία της κατάθλιψης, του OCD, της διπολικής διαταραχής και της νόσου του Πάρκινσον. Συχνά γεμίζουν με δυσάρεστες παρενέργειες. Τα φάρμακα που λειτουργούν καλά ανακαλύφθηκαν συχνά από τίποτα περισσότερο από δοκιμές και λάθη. Σε πολλές περιπτώσεις, οι επιστήμονες δεν έχουν λεπτομερή κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του εγκεφάλου για την επίτευξη φυσιολογικής λειτουργίας - ή πώς λειτουργεί όταν δυσλειτουργεί. Αυτά τα κενά γνώσης είναι δύσκολο να αντιμετωπιστούν με παραδοσιακούς τρόπους μελέτης του εγκεφάλου και περιορίζουν την ικανότητα ανάπτυξης αποτελεσματικών θεραπειών.

Αυτό που πραγματικά θα ήθελαν οι ψυχίατροι και οι νευρολόγοι είναι η συνολική πρόσβαση ανάγνωσης-εγγραφής στον εγκέφαλο: η ικανότητα να φτάσει μέσα στο κεφάλι κάποιου και να διεγείρει ή καταστέλλουμε αυθαίρετες ομάδες νευρώνων, με ανάλυση ενός νευρώνα, επιτρέποντάς μας να απομονώσουμε τους πληθυσμούς που είναι δυσλειτουργικοί και να διορθώσουμε τη συμπεριφορά τους σε πραγματικός χρόνος. Δυστυχώς, το σπάσιμο του κεφαλιού κάποιου ανοιχτού και η λειτουργία καλωδίων σε κάθε νευρώνα δεν είναι πρακτικό.

Η υπόσχεση της οπτογενετικής είναι ότι μπορεί πραγματικά να αφήσει τους γιατρούς να επιτύχουν κάτι κοντά σε αυτό το είδος πρόσβασης.

Πώς οι επιστήμονες χρησιμοποιούν το φως για τον έλεγχο του εγκεφάλου

Δείτε πώς λειτουργεί: πρώτον, οι ερευνητές εγχέουν το θέμα με έναν γενετικά τροποποιημένο ιό, σχεδιασμένο να μολύνει τον εγκεφαλικό ιστό. Εκατοντάδες δισεκατομμύρια αντίγραφα του ιού πλημμυρίζουν τον εγκέφαλο, εγχέοντας το ωφέλιμο φορτίο τους σε νευρικά κύτταρα καθώς τα συναντούν.

Αυτοί οι ιοί δεν είναι επιβλαβείς: αντί να παράγουν κακόβουλο, αυτοαντιγραφόμενο ωφέλιμο φορτίο, αυτοί οι ιοί έχουν σχεδιαστεί από επιστήμονες για να παραδώσουν ένα καλοήθη κλώνο DNA που κωδικοποιεί ειδικές επιφανειακές πρωτεΐνες που ανταποκρίνονται σε συγκεκριμένα μήκη κύματος του φωτός. Οι ιοί χρησιμεύουν απλώς ως σύριγγες μιας χρήσης για την παροχή του ειδικού DNA στα κύτταρα.

Οι νευρώνες ενσωματώνουν αυτό το ειδικό DNA και, εάν οι συνθήκες είναι σωστές, εκφράζουν επιφανειακές πρωτεΐνες που τους προκαλούν φωτιά όταν διεγείρεται με φως - τα ίδια είδη πρωτεϊνών που χρησιμοποιούνται από ανθρώπινα κύτταρα αμφιβληστροειδούς για την ανίχνευση του φωτός και της μορφής εικόνες. Αλλάζοντας το DNA ώστε να είναι πιο διασκεδαστικό όταν εκφράζεται, οι επιστήμονες μπορούν να επιλέξουν ποια είδη νευρώνων (υπάρχουν χιλιάδες ποικιλίες) εκφράζουν την επιφανειακή πρωτεΐνη και θα ανταποκριθούν στο φως.

Στη συνέχεια, ελέγχοντας προσεκτικά πού λάμπει το φως στον εγκέφαλο, τις συγκεκριμένες θέσεις που διεγείρονται ή η κατάθλιψη μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια κάτω από το χιλιοστόμετρο, ένα βαθμό ελέγχου που δεν ήταν ποτέ προηγουμένως δυνατόν. Ακόμα καλύτερα, πολλές περιοχές του εγκεφάλου μπορούν να επηρεαστούν χωρίς να χρειάζεται να κόψετε ή να σπειρώσετε καλώδια μέσω της εγκεφαλικής ύλης, καθιστώντας τη διαδικασία πολύ πιο ασφαλή από τις συμβατικές μορφές διέγερσης του εγκεφάλου.

Σύμφωνα με τον Ed Boyden, καθηγητής βιοτεχνολογίας και νευροεπιστήμης στο MIT,

Εάν μπορείτε να ελέγξετε τα κύτταρα στον εγκέφαλο, μπορείτε να καταλάβετε ποια είναι η δύναμή τους, τι μπορούν να επηρεάσουν - και, επίσης, εάν μπορείτε να ελέγξετε τα κύτταρα στον εγκέφαλο μπορεί να διορθώσει τις παρεκκλίνουσες καταστάσεις του εγκεφάλου και μπορείτε να δημιουργήσετε νέα είδη θεραπείας, επαναλαμβάνοντας τους υπολογισμούς που έχουν πάει στραβά σε ένα νευρολογικό ή ψυχιατρικό διαταραχή

Μπορείτε να παρακολουθήσετε μια αρκετά τεχνική (αλλά εξαιρετικά ενδιαφέρουσα) διάλεξη σχετικά με τις τεχνικές και τη μεθοδολογία παρακάτω:

Τι μπορείτε να κάνετε με την οπτογενετική;

Φανταστείτε ότι ένας ερευνητής θέλει να κατανοήσει καλύτερα πώς λειτουργεί η κατάθλιψη. Έτσι, ο ερευνητής συλλέγει μερικά ποντίκια κατάθλιψης (μην ρωτήσετε πώς οι ερευνητές δημιουργούν καταθλιπτικά ποντίκια, δεν θέλετε να μάθετε) και ξεκινά τις δοκιμές.

Ελέγχουν διαφορετικά είδη νευρώνων και διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου και βλέπουν τι συμβαίνει όταν διεγείρετε ή πιέσετε αυτές τις περιοχές και αυτά τα είδη νευρώνων. Ορισμένες πειραματικές ομάδες γίνονται πιο ευτυχισμένες - μερικές γίνονται πιο καταθλιπτικές: οι περισσότερες δεν κάνουν ούτε. Περιορίζοντας τους πληθυσμούς που σχετίζονται και πώς επηρεάζουν το αποτέλεσμα, ο ερευνητής χτίζει αργά έναν βαθύ, λεπτομερή λειτουργικό χάρτη του εγκεφάλου: απομόνωση των μηχανών χαράς.

Αυτό είναι το είδος του πειράματος που επιτρέπει η οπτογενετική και παρέχει στους επιστήμονες μια βαθύτερη κατανόηση των διαφορετικών ψυχικών λειτουργιών και των τρόπων με τους οποίους μπορούν να κάνουν λάθος.

Ήδη, η οπτογενετική έχει οδηγήσει σε μερικές ενδιαφέρουσες πιθανές πληροφορίες σχετικά με τις ακουστικές ψευδαισθήσεις της σχιζοφρένειας. Σύμφωνα με τον Δρ Karl Deisseroth του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ, αυτό τώρα φαίνεται πιθανό ότι οι φωνές είναι στην πραγματικότητα φυσιολογικά στοιχεία του εσωτερικού μονόλογου που παρερμηνεύονται ως εξωτερική επιρροή.

«Μπορεί να είναι μια κακώς αναγνωρισμένη έκδοση εσωτερικών σκέψεων. Με κάποιο τρόπο, οι πληροφορίες που μια σκέψη προέρχεται πραγματικά από τον εαυτό τους χάνεται. Θεωρείται ως ξένο πράγμα, φωνή. […] [Πριν από την οπτογενετική] δεν υπήρχε τρόπος να το γνωρίζουμε αυτό, επειδή δεν υπήρχε τρόπος επιλεκτικού ελέγχου [των κυττάρων] στο σωστό χρονικό διάστημα. "

Αυτά τα είδη πληροφοριών είναι επιστημονικά σημαντικά και θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε καλύτερα φάρμακα και θεραπείες, καθώς και να απαντήσουν σε αρχαία μυστήρια για τη φύση της συνείδησης και της νοημοσύνης Μηχανές σκέψης: Τι μπορεί να μας διδάξει η Νευροεπιστήμη και η Τεχνητή Νοημοσύνη για τη ΣυνείδησηΜπορεί η κατασκευή τεχνητά ευφυών μηχανών και λογισμικού να μας διδάξει για τη λειτουργία της συνείδησης και τη φύση του ίδιου του ανθρώπινου νου; Διαβάστε περισσότερα .

Στο εγγύς μέλλον, οι γιατροί μπορεί να είναι σε θέση να πάρουν τις γνώσεις που λαμβάνουν από αυτά τα πειράματα, να τις ανατρέψουν, και χρησιμοποιήστε οπτογενετική σε πραγματικούς ασθενείς για να επηρεάσετε τις νευρολογικές δραστηριότητες που συμβάλλουν κατάθλιψη. Η οπτογενετική επιτρέπει στους γιατρούς όχι μόνο να μελετήσουν τον εγκέφαλο αλλά και να τον αλλάξουν με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από ό, τι στο παρελθόν ήταν δυνατό.

Δημιουργώντας ένα καπέλο Sanity

Δυστυχώς, είναι πιθανό να μην είναι εφικτή η χρήση οπτογενετικής στους ανθρώπους. Το κρανίο είναι απλά πολύ παχύ, οπότε είναι απαραίτητο να τροφοδοτείτε μέσω καλωδίων οπτικών ινών. Πρόκειται για μείζονα χειρουργική επέμβαση και έχει κινδύνους που συνδέονται με αυτήν, πέρα ​​από αυτό που συνήθως εμπλέκεται στην έναρξη μιας πορείας ψυχιατρικής φαρμακευτικής αγωγής.

Ωστόσο, οι εν λόγω θεραπείες έχουν τη δυνατότητα να είναι πολύ πιο αποτελεσματικές και να έχουν λιγότερες παρενέργειες, οπότε μάλλον θα αξίζει τον κόπο για πολλούς ασθενείς. Έχει ήδη γίνει έρευνα για τη χρήση ηλεκτρικών βηματοδότης του εγκεφάλου για τη θεραπεία της σοβαρής κατάθλιψης, και τα αποτελέσματα είναι πολύ ελπιδοφόρα. Οι μελλοντικές θεραπείες που βασίζονται στην οπτογενετική πιθανότατα θα είναι λιγότερο επεμβατικές και πιο αποτελεσματικές: όταν ο εγκέφαλος είναι γεμάτος με κατάλληλη θέση καλώδια οπτικών ινών, ίσως τοποθετημένα μέσα από τη μύτη για να αποφευχθεί η διάρρηξη του κρανίου, το υπόλοιπο υλικό μπορεί να αποθηκευτεί εξωτερικά, για εύκολη πρόσβαση. Το ίδιο το εμφύτευμα (καλώδια οπτικών ινών και δίοδοι λέιζερ), θα χρειαζόταν μόνο ισχύ και σήμα ελέγχου, πράγματα που κάποια μέρα θα μπορούσαν να παρέχονται ασύρματα.

Το υπόλοιπο υλικό (υπολογιστής, μπαταρία και ούτω καθεξής) θα μπορούσε ενδεχομένως να φορεθεί εξωτερικά, επιτρέποντας στον γιατρό του ασθενούς να το επαναπρογραμματίσει όπως απαιτείται, χωρίς να απαιτείται επιπλέον χειρουργική επέμβαση.

Πέρα από τη διόρθωση της ψυχικής ασθένειας, η οπτογενετική παρέχει επίσης έναν πολύ πιο βιοσυμβατό και λιγότερο επεμβατικό τρόπο διεγείρει τα νευρικά κύτταρα στον εγκέφαλο και το σώμα από τα συμβατικά εμφυτευμένα ηλεκτρόδια, τα οποία θα προχωρούσαν πολύ κατασκευή εμφυτεύματα που βελτιώνουν την απόδοση σε τρανς ανθρωπιστικό στιλ Συνδέοντας τον εγκέφαλο και το σώμα σας - Το μέλλον των εμφυτευμένων υπολογιστώνΜε την τρέχουσα τάση της τεχνολογικής καινοτομίας και της προόδου, τώρα είναι η κατάλληλη στιγμή για να εξερευνήσετε την τελευταία λέξη της τεχνολογίας σε ανθρώπινες τεχνολογίες υπολογιστών. Διαβάστε περισσότερα πιο πρακτικό.

Για να είμαστε σαφείς, αυτό είναι ακόμη πολύ μακριά: η οπτογενετική είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο ερευνητικό εργαλείο αυτή τη στιγμή (έχουμε κάλυψε πειράματα που το χρησιμοποιούσαν στο παρελθόν Το Πείραμα Ελαφριάς Μνήμης επηρεάζει τον εγκέφαλο των ποντικών σαν ένα νευραλγέα MIBΘυμάσαι πότε ο Will Smith και ο Tommy Lee Jones χρησιμοποίησαν το νευρωνυτή για να σβήσουν τις αναμνήσεις των ανθρώπων; Λοιπόν, οι ερευνητές του UC Davis έχουν "σβήσει με επιτυχία συγκεκριμένες αναμνήσεις" σε ποντίκια χρησιμοποιώντας φως. Διαβάστε περισσότερα ). Ωστόσο, ο ρόλος της ως κλινικής θεραπείας απέχει τουλάχιστον μία ή δύο δεκαετίες μακριά, και μπορεί να αντικατασταθεί από άλλες τεχνικές που μπορούν να παρέχουν παρόμοια αποτελέσματα λιγότερο επεμβατικά.

Ωστόσο, η προοπτική είναι συναρπαστική και ορισμένες εφαρμογές μπορεί να έρθουν νωρίτερα. Για παράδειγμα, είναι δυνατόν να χρησιμοποιήσετε οπτογενετική για την κατασκευή καλύτερων κοχλιακών εμφυτευμάτων με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια.

Δεν είναι όλα αυτά τρομακτικά;

Κάποιοι από εσάς που το διαβάζετε ήδη πλησιάζουν τα κασσίτερά σας στα αυτιά σας, και αυτό είναι τελείως δίκαιο: αυτό το είδος πρόσβασης στον εγκέφαλο είναι άνευ προηγουμένου, εκτός μιας συγκεκριμένης μάρκας υστερικής επιστήμης μυθιστόρημα. Η πιθανότητα κακοποίησης αξίζει τουλάχιστον να συζητηθεί.

Εάν μπορείτε να ασκήσετε αρκετό έλεγχο στον εγκέφαλο για να διορθώσετε την κατάθλιψη και τη σχιζοφρένεια και τις διαταραχές της προσωπικότητας, ίσως Επίσης, μπορείτε να ασκήσετε αρκετό έλεγχο για να επαναπρογραμματίσετε τον σεξουαλικό προσανατολισμό κάποιου ατόμου - ή να λομποτίσετε τα κουραστικά παιδιά και κρατούμενοι. Οι κίνδυνοι των γονέων που προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν τέτοια τεχνολογία για να επιβάλουν αλλαγές στην ταυτότητα στα παιδιά τους είναι ένα που ανοίγει εντελώς νέες ηθικές ανησυχίες με τις οποίες θα αντιμετωπιστεί η ιατρική για πρώτη φορά πάντα.

Πέρα από αυτό, από μια απλή οπτική γωνία ασφάλειας υπολογιστών, πολλές σύγχρονες ιατρικές συσκευές απλά δεν είναι αρκετά ασφαλείς και μπορούν να παραβιαστούν, σε ορισμένες περιπτώσεις ασύρματα. Αυτό το είδος συμβιβασμού είναι αρκετά τρομακτικό με βηματοδότη, αλλά γίνεται πολύ τρομακτικό όταν σκέφτεστε την πιθανότητα ότι ένας εισβολέας θα μπορούσε (ενδεχομένως) να μαϊμούσει μέσα στο κεφάλι σας χωρίς άδεια.

Οι επιστήμονες που εργάζονται σε αυτές τις θεραπείες δεν γνωρίζουν αυτά τα θέματα. Ο Karl Deisseroth, στην ίδια συνέντευξη που αναφέρθηκε παραπάνω, ανέφερε το ίδιο σημείο:

«Η ιδιαιτερότητα της οπτογενετικής εγείρει το ερώτημα πόσο ακριβώς θα μπορούσε κάποιος να τροποποιήσει τον εγκέφαλο για να δημιουργήσει πραγματικά ένα άτομο με διαφορετικές ανάγκες, επιθυμίες, προτεραιότητες, συναισθήματα […] υπάρχει επίσης μια ανησυχητική πτυχή, η οποία εγείρει ερωτήματα δωρεάν θα."

Ακόμα, αυτές οι ανησυχίες είναι απαλές σε σύγκριση με τον τεράστιο αριθμό ατόμων που πάσχουν τρομερά από τις επί του παρόντος μη θεραπεύσιμες ψυχιατρικές ασθένειες που η οπτογενετική έχει τη δυνατότητα να βοηθήσει. Αυτή η τεχνολογία είναι πιο χρήσιμη από ό, τι είναι επικίνδυνη και, καθώς αναπτύσσεται τις επόμενες δεκαετίες, μπορεί να αλλάξει ριζικά τη φύση της θεραπείας ψυχικής υγείας.

Τι νομίζετε; Τρομακτικό, δροσερό ή κάπου ενδιάμεσα; Η οπτογενετική έχει τη δυνατότητα να σας βοηθήσει προσωπικά; Ενημερώστε μας στα σχόλια!

Πιστωτική εικόνα: Νευρώνες Μέσω του Shutterstock, "Αλουμινόχαρτο," από τον Russ Walker