Вчені вперше дистанційно «керували розумом» мишей

30.07.2024   19:40    87


Простим клацанням магнітного поля мишей, сконструйованих з «перемикачами», що активуються наночастинками в мозку, змушували їсти, спілкуватися і поводитися, як щасливі молоді матері в експерименті, покликаному протестувати інноваційний інструмент дослідження.


Хоча експерименти з «контролем свідомості» на тваринах далеко не нові, вони зазвичай покладалися на громіздкі електроди, які прив’язували суб’єкта до зовнішньої системи, що не лише вимагало інвазивної хірургії, але й встановлювало обмеження на те, наскільки вільно суб’єкт може пересуватися.

Дослідники з Інституту фундаментальних наук (IBS) в Кореї розробили метод цілеспрямованого впливу на шляхи в мозку за допомогою поєднання генетики, наночастинок і магнітних полів, що вважається проривом у неврології.

Вони називають цю технологію Nano-MIND, що є абревіатурою від Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics (магнітогенетичний інтерфейс для нейродинаміки). І хоча контроль розуму — це грубий, але відносно точний спосіб описати її, система в її нинішньому вигляді покликана забезпечити дослідників засобами дистанційної активації нейронних ланцюгів для цілої низки дослідницьких застосувань.




«Це перша в світі технологія, що дозволяє вільно керувати певними ділянками мозку за допомогою магнітних полів, — говорить Джинву Чон, старший автор і директор Центру наномедицини IBS.

«Ми очікуємо, що вона буде широко використовуватися в дослідженнях для розуміння функцій мозку, складних штучних нейронних мереж, двосторонніх технологій BCI [інтерфейс мозок-комп’ютер] і нових методів лікування неврологічних розладів».




Магнітна стимуляція — це нова галузь досліджень у неврології, в якій імпульси електромагнетизму, що омивають мозок, широко масажують цілі регіони, тонко змінюючи їхню поведінку.

Щоб націлитися на конкретні ланцюги, дослідники взяли приклад з іншої галузі досліджень, яка називається оптогенетика, що займається генною інженерією механізмів у клітинах, які можна легко активувати за допомогою джерела світла.

Ілюстрація іонного каналу (в центрі) в клітинній мембрані. Іонні канали полегшують передачу електричного сигналу в мозку, дозволяючи певним іонам (наприклад, натрію, калію і кальцію) проходити через мембрану. (Sciencephoto/Canva Pro)

У цьому випадку команда інтегрувала іонні канали в цільові популяції клітин мозку мишей.

Замість того, щоб доставляти світло через локалізоване волокно, як в оптогенетиці, іонні канали можна було вмикати магнітним способом за допомогою повороту крихітного актуатора. Все, що потрібно, — це навколишнє поле, достатньо сильне, щоб притягнути наночастинку.

За допомогою технології Nano-MIND можна впливати на різні нейронні шляхи за допомогою магнітних полів. (Інститут фундаментальних наук)

Щоб перевірити роботу установки, дослідники розробили три різні тести. Перший стосувався рецепторів, що беруть участь у складній поведінці, пов’язаній з харчуванням та винагородою, у бічному гіпоталамусі — області, розташованій глибоко в самому ядрі мозку.

Спостереження за рухами тварин і споживанням їжі в магнітному полі і поза ним виявило значні відмінності, які показали, що можна буквально вмикати і вимикати бажання миші їсти за власним бажанням.

Під впливом магнітного поля група мишей з увімкненими збудливими нейронами з’їдала вдвічі менше їжі. Друга група з інженерними гальмівними нейронами з’їдала вдвічі більше, поки магнітне поле було активним.

Магнітна стимуляція, що застосовується через наномагніторецептори, дозволяє регулювати мозкові ланцюги, відповідальні за мотивацію та апетит. (Інститут фундаментальних наук)

Латеральний гіпоталамус також містить шляхи, що відповідають за комунікабельність. Помістивши відповідним чином сконструйовану мишу в камеру з мишею, яку вони ніколи раніше не зустрічали, поки магнітні поля були активними, ми побачили, що у мишей можна заохочувати «дружні» форми поведінки.

Інший тест був спрямований на ключові рецептори в так званій медіальній преоптичній ділянці, яка відповідає за батьківську турботу.

Самки мишей з Nano-MIND, що стимулювали медіальну преоптичну зону, поміщені в камеру, збагачену «натуралістичними» елементами, дуже по-різному реагували на крики мишенят, швидше наближаючись до них і довше присідаючи над засмученими дитинчатами, перебуваючи в магнітному трансі.

Такий точний контроль над конкретними ланцюгами був би знахідкою для дослідників, які прагнуть скласти карту неврологічних шляхів або протестувати нові методи лікування.

З часом подібні нанотехнології можуть навіть лікувати психічні розлади у людей або відігравати важливу роль у терапії виснажливих неврологічних станів, повертаючи людині повний контроль над власним розумом. Це дослідження було опубліковане в журналі Nature Nanotechnology.


portaltele.com.ua