Optogenetik ile Mümkün Olan Işıkla Beyin Kontrolü

Tıp bilimcileri beyni beş yüz yıldan uzun süredir araştırıyorlar - ve bunca zamandan sonra, esrarengiz organ hala birçok sır saklıyor. Sonunda, sadece son birkaç yılda, denilen yeni bir teknik “optogenetics” bilim insanlarının beynin sırlarını çözmelerine (ve rahatsızlıklarını) tamamen yeni bir şekilde çözmelerine yardımcı olabilecek yeni ortaya çıkıyor..

Optogenetiğe Neden İhtiyacımız Var??

Birçok yönden, psikiyatrik ilaçların işe yaraması şaşırtıcı. Sanatın durumu - en modern bilim, yapabileceği en iyi şey - beynin kimyasal bir banyoya daldırılması ve ilgilendiğimiz tek şeyi yapmasını ummasıdır. Ve… bu tür işler! Ara sıra.

Depresyon, OKB, bipolar bozukluk ve Parkinson hastalığının tedavisinde çok güçlü ilaçlar vardır. Sık sık rahatsız edici yan etkilerle karşılaşıyorlar. İyi işe yarayan ilaçlar sıklıkla deneme yanılma durumundan başka bir şey ile keşfedilmemiştir. Birçok durumda, bilim adamları beynin normal işlevi yerine getirmek için nasıl çalıştığını ya da arıza yaptığında nasıl çalıştığını ayrıntılı olarak anlayamazlar. Bu bilgi boşluklarının beyni inceleyen geleneksel yollarla ele alınması ve etkili tedaviler geliştirme yeteneğini sınırlaması zor.

Psikiyatristlerin ve nörologların gerçekte istediği şey, beyine toplam okuma-yazma erişimidir: birinin kafasının içine ulaşma ve tek nöron çözünürlüğü ile keyfi nöron gruplarını heyecanlandırmak ya da bastırmak veya işlevsiz ve doğru olan popülasyonları izole etmemize izin vermek gerçek zamanlı davranış. Ne yazık ki, birinin kafasını kırmak ve her nörona giden telleri çalıştırmak pratik değildir..

Optogenetiğin vaadi, aslında doktorların bu tür bir erişime yakın bir şey elde etmelerine izin vermesidir..

Bilim adamları beyni kontrol etmek için ışığı nasıl kullanıyorlar?

İşte bu şekilde işler: ilk olarak, araştırmacılar konuyu beyin dokusunu enfekte etmek için tasarlanmış genetik olarak tasarlanmış bir virüsle enjekte eder. Virüsün yüz milyarlarca kopyası beyni dolduruyor, yüklerini sinir hücrelerine enjekte ediyorlar..

Bu virüsler zararlı değildir: Kötü niyetli, kendi kendini kopyalayan bir yük taşımak yerine, bu virüsler bilim adamları tarafından, belirli ışık dalga boylarına yanıt veren özel yüzey proteinlerini kodlayan iyi huylu bir DNA zinciri vermek üzere tasarlanmıştır. Virüsler, hücrelere özel DNA'yı iletmek için tek kullanımlık şırıngalar görevi görür..

Nöronlar bu özel DNA'yı içerir ve koşullar uygunsa ışıkla uyarıldığında yanmalarına neden olan yüzey proteinlerini ifade eder - insan retinal hücreleri tarafından ışığı tespit etmek ve görüntü oluşturmak için kullanılan aynı tür proteinler. DNA, kendisini ne zaman ifade ettiği konusunda kendini beğenmiş kılarak değiştirerek, bilim adamları hangi tür nöronları (binlerce çeşit vardır) yüzey proteinini ifade edip ışığa tepki vereceklerini seçebilirler..

Daha sonra, beyindeki ışığın nerede parladığını dikkatlice kontrol ederek, uyarılmış ya da bastırılmış olan spesifik yerler, daha önce hiç mümkün olmayan bir kontrol derecesi olan milimetre altı hassasiyetinde kontrol edilebilir. Daha da iyisi, beynin birçok bölgesinden telleri kesmeye veya tel geçirmeye gerek kalmadan etkilenebilir, bu da işlemi geleneksel beyin stimülasyonu biçimlerinden daha güvenli hale getirir..

MIT'de Biyomühendislik ve Sinirbilim Profesörü Ed Boyden'e göre,

Beyindeki hücreleri kontrol edebiliyorsanız, güçlerinin ne olduğunu, neler etkileyebileceğini anlayabilirsiniz - ve ayrıca beyindeki hücreleri kontrol edebiliyorsanız, anormal beyin durumlarını düzeltebilir ve yeni tedavi türleri oluşturabilirsiniz , nörolojik veya psikiyatrik bir bozuklukta ters giden hesapların yeniden hesaplanması

Aşağıdaki teknikler ve metodoloji üzerine oldukça teknik (ancak son derece ilginç) bir konferans izleyebilir:

Optogenetik ile Ne Yapabilirsiniz??

Bir araştırmacının depresyonun nasıl çalıştığını daha iyi anlamak istediğini düşünün. Bu nedenle, araştırmacı bazı depresif fareler toplar (araştırmacıların depresif fareleri nasıl oluşturduğunu sorma, bilmek istemezsin) ve test etmeye başlar.

Farklı nöron türlerini ve beynin farklı bölgelerini kontrol ediyorlar ve bu bölgeleri ve bu tür nöronları uyardığınızda veya bunlara bastığınızda ne olacağını görüyorlar. Bazı deneysel gruplar daha mutlu, bazıları ise daha fazla depresyona giriyor: çoğu da değil. Araştırmacı, hangi popülasyonların ilişkili olduğunu ve sonucu nasıl etkilediğini daraltarak beynin derin ve ayrıntılı bir işlevsel haritasını yavaş yavaş oluşturur: sevinç makinelerini izole etmek.

Optogenetiğin sağladığı deney türü budur ve bilim insanlarına farklı zihinsel işlevler ve yanlış gidebilecekleri hakkında daha derin bir anlayış kazandırmak için hazırdır..

Zaten optogenetik şizofreninin işitsel halüsinasyonlarına ilişkin bazı ilginç potansiyel görüşlere yol açmıştır. Stanford Üniversitesi'nden Dr. Karl Deisseroth'a göre, şimdi seslerin aslında iç monologun normal bileşenleri dış etki olarak yanlış yorumlanıyor gibi görünüyor..

“İç düşüncelerin az tanınan bir versiyonu olabilir. Her nasılsa bir düşüncenin kendinden geldiği bilgisi kayboluyor. Yabancı bir şey olarak görülüyor, bir konuşma konuşuyor. […] [Optogenetik öncesinde] bunu bilmenin bir yolu yoktu, çünkü [hücreleri] seçici bir şekilde doğru zaman çizelgesinde kontrol etmenin bir yolu yoktu..”

Bu tür görüşler bilimsel olarak önemlidir ve bilincin ve zekanın doğası hakkındaki eski gizemleri yanıtlamanın yanı sıra daha iyi ilaçlara ve tedavilere de yol açabilir Düşünme Makineleri: Sinirbilim ve Yapay Zekanın Bilinç Düşünme Makineleri Hakkında Bize Ne Öğretebileceği: İstihbarat bize bilinci öğretebilir mi? Yapay olarak akıllı makineler ve yazılımlar inşa edebiliriz, bize bilincin çalışmaları ve insan zihninin doğası hakkında bilgi verir.? .

Yakın gelecekte doktorlar, bu deneylerden edindikleri bilgileri alabilir, bunları geri döndürebilir ve depresyona katkıda bulunan nörolojik aktiviteleri etkilemek için gerçek hastalarda optogenetik kullanabilirler. Optogenetik doktorların sadece beyni incelemelerini değil, aynı zamanda daha önce mümkün olabileceğinden çok daha hassas bir şekilde değiştirmelerini sağlar.

Sağlıklı Bir Şapka Yapmak

Maalesef, optogenetiği, invazif olmayan insanlarda kullanmak mümkün değildir. Kafatası çok kalın, bu yüzden fiber optik kabloları bunun üzerinden beslemek gerekiyor. Bu büyük cerrahidir ve psikiyatrik ilaç tedavisine başlamada normal olarak dahil olanların üstünde ve ötesinde riskler vardır..

Bununla birlikte, söz konusu tedavilerin çok daha etkili olma potansiyeli ve daha az yan etkisi olma potansiyeli vardır, bu nedenle birçok hasta için buna değer olacaktır. Şiddetli depresyonu tedavi etmek için elektrikli beyin kalp pillerinin kullanımı konusunda araştırmalar yapıldı ve sonuçlar çok umut verici. Optogenetiğe dayanan gelecekteki tedaviler muhtemelen daha az invaziv ve daha etkili olacaktır: beyin uygun şekilde konumlandırılmış fiber optik kablolarla donatıldıktan sonra, belki de kafatasının kırılmasını önlemek için burnun içine yerleştirilmiş olarak, donanımın geri kalanı dışarıdan kolayca saklanabilir erişim. İmplantın kendisi (fiber optik kablolar ve lazer diyotlar), yalnızca bir gün kablosuz olarak sağlanabilecek şeyler için sadece güç ve kontrol sinyaline ihtiyaç duyardı.

Donanımın geri kalanı (bilgisayar, batarya vb.) Dışarıdan takılabilir ve böylece hastanın doktorunun ek bir ameliyat gerektirmeden gerektiği şekilde yeniden programlamasına izin verebilir.

Akıl hastalığını düzeltmenin ötesinde, optogenetik, beyindeki ve vücuttaki sinir hücrelerini doğrudan uyarmak için geleneksel implante edilmiş elektrotlara kıyasla daha fazla biyo-uyumlu ve daha az istilacı bir yol sağlar; ve Beden - Beyninize ve Vücudunuza Takılan İmplante Edilen Bilgisayarların Geleceği - İmplante Edilen Bilgisayarların Geleceği Teknik yenilik ve ilerlemenin şu andaki eğilimiyle, şimdi bilgisayar-insan teknolojilerindeki sanatın durumunu keşfetmenin tam zamanı. daha pratik.

Açıkçası, bu hala çok uzun bir yoldur: optogenetik şu anda yaygın olarak kullanılan bir araştırma aracıdır (Işık Hafızası Deneyi, Bir MIB Neuralyzer Gibi Fareler Beynini Etkilemeden Önce Kullanan Deneyleri Kapsıyoruz. MIB Neuralyzer Ne zaman Smith ve Tommy Lee Jones'un insanların hatıralarını silmek için neuralyzer'ı kullandığını hatırlıyor musunuz? Peki, UC Davis araştırmacıları farelerdeki ışığı kullanarak “özel hatıraları başarıyla başarıyla sildiler.” Bununla birlikte, klinik bir terapi olarak rolü, en az on yıl veya iki uzaklıktadır ve benzer sonuçları daha az invaziv olarak sağlayabilen diğer tekniklerle yerini alabilir..

Yine de, beklenti heyecan verici ve bazı uygulamalar daha erken gelebilir. Örneğin, optogenetiği daha iyi koklear implantlar oluşturmak için daha büyük hassasiyetle kullanmak mümkündür..

Bunların hepsi gerçekten korkutucu değil mi?

Bunu okuyan bazılarınız zaten tinfoil şapkalarınızı kulaklarınızın çevresine daha sıkı çekiyor ve bu tamamen adil: beyne bu tür bir erişim, belli bir histerik bilim kurgu markasının dışında görülmemiş. Kötüye kullanma potansiyeli en azından tartışmaya değer.

Beyin üzerinde depresyon ve şizofreni ve kişilik bozukluklarını düzeltmek için yeterli kontrol uygulayabilirseniz, birinin cinsel yönelimini yeniden programlamak için yeterince kontrol uygulayabilirsiniz - veya kabadayı olan çocukları ve tutukluları lobotomize edebilirsiniz. Ebeveynlerin çocuklarına kimlik değişikliklerini zorlamak için bu teknolojiyi kullanmaya çalışmak riski, tıbbın ilk kez başa çıkacağı konusunda tamamen yeni etik kaygılar ortaya çıkaran risktir..

Bunun ötesinde, basit bir bilgisayar güvenliği perspektifinden bakıldığında, 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 maymunu bulabileceği ihtimalini göz önüne aldığınızda çok korkunç oluyor.

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

“Optogenetiğin özgüllüğü, bir beyni farklı ihtiyaçları, arzuları, öncelikleri, duyguları […] ile gerçekten bir kişiyi oluşturmak için ne kadar kesin bir şekilde çimdikleyebileceği sorusunu gündeme getirmektedir..”

Yine de, bu kaygılar, şu anda tedavi edilemeyen psikiyatrik hastalıklardan, optogenetiğin yardım etme potansiyeline sahip olduğu korkunç sayıda acı çeken insanlarla karşılaştırıldığında soluk. Bu teknoloji tehlikeli olduğundan daha kullanışlıdır ve önümüzdeki birkaç on yılda geliştirildiğinden, ruh sağlığı terapisinin yapısını kökten değiştirebilir.

Ne düşünüyorsun? Korkutucu, serin ya da arada bir yerde? Optogenetik kişisel olarak size yardımcı olma potansiyeline sahip midir? Yorumlarda bize bildirin!

Resim Kredisi: Shutterstock Üzerinden Nöronlar, “Aliminyum folyo,” Russ Walker tarafından