Сила мысли в управлении генами

Капля · 12.11.2014, 20:10

Генами научились управлять при помощи силы мысли

Светодиод, который был имплантирован в лабораторную мышь
(фото Martin Fussenegger et al., ETH Zurich).

Исследователи из Швейцарии сообщили о том, что они научились включать гены с помощью силы мысли. Мозговые волны человека активировали крошечный светодиод, который был имплантирован в тела лабораторных мышей (размер имплантата составил порядка 2 см). Это привело к активации генов, которые были предварительно запрограммированы реагировать на свет.

В ходе работы использовался инфракрасный свет, так как он не представляет опасности для живых клеток и вместе с этим может проникать достаточно глубоко в ткани. Последнее позволяет визуально проследить за функционированием имплантата.

"Наша работа — это огромный шаг вперёд, — делится ведущий автор исследования биоинженер Мартин Фассенеггер (Martin Fussenegger) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха. — Вам наверняка хотелось бы узнать, зачем нужно думать, чтобы активировать гены? Ведь можно просто нажать нужную кнопку [в случае, когда светодиод имплантирован в тело – прим.ред.] и пробудить светодиод. Однако в мире множество пациентов, которые не имеют возможности общаться с внешним миром. Всё, что у них остаётся, — это умственная деятельность и мозговые волны".

Причём никаких фантастических вещей в данной концепции нет — это весьма очевидная взаимосвязь различных технологий.

Свечение активировалось мозговыми волнами.

Исследователи разместили электроэнцефалографические устройства на лбах добровольцев, чтобы записать их мозговые волны. Участников попросили сымитировать различные психические состояния (в том числе концентрацию и расслабление). Волонтёры осваивали медитативные техники и играли в компьютерные игры, требующие внимания.

Записанные мозговые волны анализировались и передавались по Bluetooth к контроллеру, который в свою очередь управлял генератором электромагнитного поля. Полученные электрические сигналы затем были использованы для включения инфракрасного светодиода, имплантировано в тела мышей, находящихся в клетке на генераторе.
Светодиод активировал ген, а тот начинал вырабатывать белок, называемый секретируемой щёлочной фосфатазой, который затем был обнаружен в кровотоке животного.

"Со всеми тремя различными психическими состояниями была связана какая-то конкретная деятельность мозга, и она транслировалась через светодиод, — объясняет Фассенеггер. — В ответ на это гены производили белки, которые затем и циркулировали по организму грызуна".

В ходе этого исследования использовался достаточно простой компьютерный интерфейс, обрабатывающий сигналы мозга.

Оптогенетические имплантаты видны через кожу мышей.

На самом деле прогресс в этой области уже шагнул достаточно далеко. С помощью силы мысли парализованные люди могут управлять роботами-манипуляторами, существуют также подвластные мозговым волнам протезы, симуляторы самолётов и квадрокоптеры.

Способ управления генами и клетками с помощью света изучает наука оптогенетика. Гены и клетки в этих исследованиях "запрограммированы" (изменены) таким образом, чтобы реагировать на свет.

Различные предыдущие исследования уже доказали работоспособность этого метода (к примеру, свет помог подчинить грызунов воле человека). Однако пока все эксперименты осуществлялись лишь с участием клеточных культур и лабораторных мышей, так что науке на настоящий момент не совсем понятны все перспективы оптогенетики. Не ясно, насколько полезна будет она при практическом применении в случае человека. К тому же учёным необходимо постоянно совершенствовать технологии декодирования мозговых волн для наиболее точного распознавания сигналов.

Авторы исследования считают, что их технология может в один прекрасный день помочь контролировать боль, судороги и эпилептические припадки, а возможно, даже лечить некоторые патологии мозга и неврологические заболевания.

В теории возможно и немедицинское применение концепции. Например, люди смогут заставлять свой организм вырабатывать определённые гормоны и другие химические вещества, положительным образом влияющие на настроение или позволяющие успокоиться в стрессовой ситуации.

Правда, данная исследовательская работа — лишь доказательство концепции, а до её практической реализации предстоит ещё много работы. Например, для начала нужно будет доказать, что модифицированные клетки не повредят мозгу и найти способ контролировать количество производимого светочувствительными клетками белка.

Научная статья группы Фассенеггера была опубликована в издании Nature Communications.

источник

Список последних тем раздела:

Капля · 12.11.2014, 20:14

Плохие воспоминания можно превратить в хорошие

Данное изображение показывает места инъекций и экспрессию вирусных конструкций в двух областях мозга
(иллюстрация Redondo et al.).

Память, как известно, величина постоянная. Неудачный опыт, имевший место всего один раз, может заставить человека навсегда отказаться от любимых когда-то кафе или мест отдыха. Однако эксперименты на мышах показали: негативные ассоциации тоже можно "отменить".

При формировании воспоминания об определённом месте детали местоположения и связанные с ним эмоции "записываются" различными областями мозга. Воспоминания о месте образуются в гиппокампе, в то время как положительные или отрицательные эмоции кодируются в миндалевидном теле.

В 2012 году группа, возглавляемой Сусумо Тонегавой (Susumo Tonegawa) из Массачусетского технологического института, вызвала у мышей страх, воздействовав на ту часть памяти, что ответственна за местоположение. Но животные в это время находились совсем в другом месте — не в том, где изначально они получили негативный опыт.

Для этого была использована техника, известная как оптогенетика. В этом случае мозг генетически модифицированных мышей начинает производить светочувствительный белок (родопсин) в ответ на воздействие светом.

Учёные сделали так, что мышь вспоминала какое-то местоположение в ответ на импульсы света, исходящие из оптического волокна, вживлённого в череп.

Данное изображение показывает места инъекций и экспрессию вирусных конструкций в двух областях мозга (иллюстрация Redondo et al.).

Чтобы сформировать негативные воспоминания о месте (местоположение должно было ассоциироваться с болью), лапки грызунов било слабым разрядом электрического тока. После этого мыши были помещены в новое место, а их мозг подвергся воздействию импульсов света. Они активировали нейроны, связанные с первоначальной ячейкой памяти, и мыши застыли в ужасе, продемонстрировав, что эмоции, связанные с исходным местоположением, могут быть вызваны одними воспоминаниями о месте.

Так же и человек не желает возвращаться в те места, где он испытал негативные эмоции. Только в данном случае эта ситуация была смоделирована при помощи оптоволокна.

Следующим шагом для команды Тонегавы стала попытка изменить воспоминания грызунов о месте – с плохих на хорошие, или наоборот.

"Эмоции тесно связаны с памятью о прошлых событиях, – рассказывает Тонегава. – И всё же эмоциональная ценность воспоминаний изменчива".

Опять же методами оптогенетики ученые заставили мышей-самцов ассоциировать определенное помещение с приятными (спаривание с самкой) или неприятными (электрическим током) событиями. При формировании памяти у тех и других мышей активировались нейроны в гиппокампе и миндалевидном теле.

В следующем эксперименте на помеченные нейроны мышей действовали светом. Этого было достаточно, чтобы спровоцировать у животных вспоминания о произошедших в камерах событиях. Грызуны, которых били током, старались избегать этого места, а вот животные, которые имели в камере опыт свидания с самками, напротив, с энтузиазмом устремлялись в неё.

Схематическое изображение хода эксперимента (иллюстрация Collective Nextand Roger Redondo).

Затем первую группу мышей (с негативными воспоминаниями) подпустили к самкам и в этот момент возбудили светом их нейроны. Вторая группа, наоборот, получила вместо самок удар током (нейроны также были активированы). В итоге эмоциональная окраска у грызунов поменялась. После того как новые ассоциации сформировались, стимуляция гиппокампа влияла на деятельность другой группы нейронов в миндалевидном теле.

Нейробиологи уже давно догадывались, что воспоминания можно изменить, однако основные механизмы этого процесса не были поняты. По мнению экспертов, результаты этого исследования весьма значимы, так как помогут изучить роль различных отделов головного мозга и их динамического взаимодействия в формировании памяти и её обновления.

Исследование подтверждает эффективность терапии, которой в настоящее время психотерапевты лечат пациентов с депрессией: психиатр разговаривает с пациентом и пытается заставить их вспомнить положительные вещи, случившиеся в прошлом. Это снижает воздействие плохих воспоминаний и, как следствие, силу стресса, вызванного ими.
Команда учёных также считает, что манипуляции эмоциональным содержанием воспоминаний могут открыть новые перспективы для восстановления психического здоровья, то есть воспоминания будут изменены в терапевтических целях. Правда, оптогенетика — весьма агрессивная техника, которая может быть опасна для человека. Возможно, наилучшим вариантом будет изучение способов активации счастливых воспоминаний с помощью поведенческих методов.

Подробности были опубликованы в журнале Nature.

источник