Новый метод контроля: исследователи использовали лазер для управления поведением мышей
Свечение лазера, направленное в мозг мышей, может активировать отдельные клетки нейроны и в итоге даже изменить поведение грызунов. Исследователи из США использовали технологию оптогенетики для увеличения скорости, с которой животное потребляло молочный коктейль. Но работа была проведена не с целью создания нового инструмента контроля людей, например. Учёные хотят в дальнейшем использовать такую методику для более точного картографирования функций мозга (и научиться воздействовать не на группу клеток как сейчас, а даже на отдельную клетку в мозге). Так, осветив определённый участок мозга или конкретную клетку, исследователи затем по изменению поведения животного смогут понять, за какие функции отвечает именно он (или клетка).
Нейрофизиологи из Стэнфордского университета (Stanford University) провели ряд экспериментов на лабораторных мышах, которые были генетически "спроектированы". Грызуны обладали светочувствительными нейронами в области мозга, которая называется орбитофронтальной корой. Этот участок мозга участвует в восприятии и реакции на награду.
Свечением лазера на определённые нейроны, исследователи меняли скорость, с которой мыши потребляли высококалорийный молочный коктейль. Результаты исследования впервые показывают, что оптогенетика позволяет контролировать поведение за счёт активации последовательности отдельных клеток.
Нейрофизиолог из Университетского колледжа Лондона Махель Хойссер (Michael Häusser) говорит, что одна из целей оптогенетики заключается в создании автоматических систем, которые управляют мозгом "на лету", используя только лишь свет.
Этой цели можно достигнуть с помощью "проектирования" нейронов, которые будут содержать определённые белки. Один приведёт клетку в активное состояние после вспышки света опредёлённой длины волны (цвета), а другой заставит клетку саму генерировать свет различных цветов, когда она будет работать.
Устройство, которое обнаруживает второй цвет, поможет учёным быстро определять активированные участки, связанные с определённым поведением, и настроить ответ клеток на первичный свет.
Такая система позволит внедриться в нейронные процессы, которые происходят в мозгу алкоголиков, например (можно будет нарушить связь алкоголь-вознаграждение, и таким образом избавить человека от зависимости) или изменить визуальные триггеры, связанные с воспоминаниями при посттравматическом стрессовом расстройстве (спасти больного от приступов).
Исследовательская группа под руководством двух нейрофизиологов Джошуа Дженнигса (Joshua Jennings) и Карла Дайссерота в экспериментах на лабораторных мышах светила лазером через устройство, которое позволяет воздействовать на определённые нейроны.
Чтобы убедиться, что клетки, на которые они воздействуют, отвечают именно за пищевое вознаграждение, исследователи сначала составили карты клеток, участвующих в социальном вознаграждении. Они смешаны с клетками, отвечающими на "калорийное" вознаграждение, но управляют совсем другим видом поведения.
Учёные позволили маленьким грызунам бегать в трубе внутри микроскопа и касаться носом другой мыши. Голова последней была закреплена на месте, карта мозга таких животных также была заранее составлена. В ходе эксперимента с носами учёные смогли определить нейроны, реагирующие на взаимодействие двух грызунов (микроскоп позволил зарегистрировать их "включение").
Когда исследователи повторили первый эксперимент с высококалорийным напитком, но стимулировали социальные нейроны вместо тех, которые были связаны с пищевым вознаграждением, животные продолжали лакать напиток с той же скоростью.
Изменение поведения является важным этапом в изучении потенциала одноклеточной стимуляции, говорит Ян Вэйцзянь (Weijian Yang), нейроинженер из Колумбийского университета в Нью-Йорке. На встрече Сообщества нейронаук 2016 (Society for Neuroscience 2016) он и ещё один исследователь представили другой подход для изменения поведения. Искусственно связав нейроны, которые обычно отвечают за сильно отличающееся поведение. Пара обученных мышей, например, пробуют лакомство только тогда, когда они видят определённые рисунки на экране. Так учёные определили, какие нейроны отвечают за вознаграждение, а какие за распознавание изображения.
Оптогенетическое воздействие на такие не связанные нейроны в итоге заставит их включаться одновременно, и мышь будет пробовать лакомство, даже не видя картинки, считает коллега Вэйцзяня.
Хойссер впечатлён работой и считает, что следующий шаг – выяснить весь нейронный путь, который подвержен изменению. "Реальный потенциал всеобщего оптического контроля должен быть раскрыт", — считает он.
Результаты исследования Хойссера были представлены на ежегодной встрече Сообщества Нейронаук.
Ранее "Вести.Наука" рассказывали о том, что учёные научились контролировать с помощью света боль.