Свет на чердаке: как из-за оптогенетики возможно взлом мозга человека?

Биология во многом похожа на Легоса, потому что, образно говоря, все во многом похоже на Легоса. Правда в том, что наши тела, наши, казалось бы, сплоченные целые, на самом деле состоят из неисчислимых мелких частей, и что функции смешивания и согласования являются мясистыми, кровавыми и не такими сложными. Например - и для того, чтобы этот логический поезд продолжал двигаться, вы можете производить защелкивающиеся на месте нейроны, способные генерировать свет и реагировать на него, создавая тем самым совершенно новую систему нейротрансмиттеров, которая не мешает существующим системам - мозг поверх мозга.

Эта идея лежит в основе (или в голове, или в любом другом месте) новой области оптогенетики. Как и многие другие инструменты в биологии, оптогенетика основана на биологии другого организма, который был «заимствован». В данном случае это белок, называемый каналродопсин-2 (ChR-2), и он произошел от зеленых водорослей, называемых Chlamydomonas reinhardtii., Оказывается, есть много светочувствительных ионных каналов, подобных этому. Идея заключается в создании новых биологических систем на основе ЧР-2 по кирпичику.

Так как Карл Дейссерот спроектировал нейроны млекопитающих, которые были выращены в лаборатории для экспрессии ChR-2 в 2005 году, многие исследователи использовали оптогенетику, используя ее, чтобы выяснить, какие нейроны делают и что. Например, один тип нейрона, называемый нейрокортикальными парвальбуминовыми нейронами, модулирует 40-тактные ритмы в мозге («гамма-колебания»). В течение некоторого времени было известно, что гамма-колебания являются аномальными как у пациентов с шизофренией, так и у пациентов с аутизмом, поэтому в настоящее время разрабатываются новые стратегии для исследования и потенциальной коррекции этих клеток. Это особенно интригующая стратегия. Даже если основная генетика индивида дает аномальный результат в этих клетках, если ученые могут просто переопределить этот результат, тогда эта генетика не будет иметь значения.

Совсем недавно ученые также начали экспериментировать с идеей создания оптогенетических сетей с использованием биолюминесцентных клеток. В частности, основное внимание уделяется типу биолюминесценции, обнаруженному Осаму Шимомура в 1962 году, который происходит от медузы Aequorea victoria и реагирует на свет (Шимомура получил Нобелевскую премию за свои исследования). Клетки, создающие свет, и чувствительные к свету клетки - повторяют метафору - как двойственные стороны Lego.

Стимулируя взаимодействие между этими двумя типами клеток, ученые могут достичь беспрецедентных уровней точности нейронов. Они также смогут заставить оптогенетические клетки реагировать на свет, не приклеивая фонарик к голове мыши, что здорово - особенно для мыши.

Но как насчет приложений? Одна возможность состоит в том, чтобы заставить те самые клетки, которые реагируют на свет, генерировать его. Поэтому, когда у них срабатывает биологическая функция - скажем, они вырабатывают лептин или грелин и, следовательно, регулируют ваш аппетит - они также загораются и запускают систему. Делая это, ученые могут потенциально набрать количество произведенного грелина, чтобы люди стали реже голодать. Или они могут подстроить количество инсулина, выделяемого в ответ на сигналы сахара в крови. Или они могут затопить зону адреналином, когда субъекты устают.

В качестве альтернативы можно взломать существующие системы. Например, с помощью оптогенетической инженерии ингибирующих нейронов в миндалине, чтобы реагировать на свет, и активации нейронов в миндалине для получения света исследователи могли бы перестроить нейроны-ингибиторы людей, чтобы подавить их чувство стресса или тревоги. Нет больше беспокойства. (Это может привести к росту безработицы, так как люди как бы уходят, чтобы продолжить свою радость.)

Мы могли бы стать еще более изобретательными: возможно, мы могли бы разработать систему, в которой каждый нейрон в сети выражал бы свой собственный цвет, а оптогенетические клетки требуют активации каждого канала для реализации своего эффекта. Таким образом, вместо того, чтобы запустить один нейрон, для работы системы должна быть активирована целая память. Может быть, плохие эффекты некоторых воспоминаний могут быть смягчены. Или все это может быть сделано, чтобы отреагировать на лекарство, чтобы пользователь мог включить или выключить его.

В любом случае, все еще существуют серьезные научные и нормативные препятствия, прежде чем эта научная перестройка начнется всерьез. Для сравнения: FDA еще не утвердило какие-либо процедуры генной терапии, и в Европе была одобрена только одна процедура. Этому материалу далеко.

Но это идет.

И исследователи не теряют, что оптогенетические клетки могут также работать с аппаратными средствами - что мы можем не только взломать наши системы с помощью этих новых технологий, но и подключиться к более крупной системе. Биология похожа на Легоса, но она меньше похожа на Легоса, чем могла бы быть. Ожидайте, что это изменится.