Neurony zdalnie sterowane

Neurony zdalnie sterowaneNaukowcy z Uniwersytetu Harvarda zbudowali system, który kontroluje działanie układu nerwowego robaków (Caenorhabditis elegans) za pomocą światła lasera. Mogą zostać zatrzymane w ruchu czy skłonione do złożenia jajeczek, a wszystko to dzieję się zdalnie i bezinwazyjnie, gdy one swobodnie poruszają się po labolatoryjnym szkiełku.
Jak to możliwe?

Osiągnięcie naukowców to jeszcze jeden krok w rozwoju stosunkowo nowej metody badań nad pracą układu nerwowego – optogenetyki. Termin ten powstał w 2006 roku w związku z badaniami Karla Deisserotha i jego współpracowników na uniwersytecie w Stanfordzie. „Opto-” bo wykorzystuje specjalne białka reagujące na światło (channelrhodopsin-2), „-genetyczny” ponieważ muszą być one zakodowane w DNA. Ekspresja odpowiednio zmodyfikowanych genów następuje w poszczególnych, anatomicznie lub funkcjonalnie zdefiniowanych grupach komórek i pozwala na obserwowanie, i manipulowanie ich elektrochemicznymi wyładowaniami.

Metoda pozwala na manipulację czynnością neuronów z milisekundową precyzją i z rozdzielczością do jednej komórki.

„Scientists have come a step closer to gaining complete control over a mind, even if that mind belongs to a creature the size of a grain of sand”. Dlaczego to właśnie Caenorhabditis elegans poddano tej próbie? Ciało tego mikroskopijnego robaka jest przezroczyste, ma dokładnie 1031 komórek, w tym 302 neurony i ok 5000 połączeń między nimi. To, czego naukowcy chcieliby się dowiedzieć, to sposób, w jaki neurony wspólnie działają... Odpowiednio ustawiony mikroskop nad „areną” – szalką Petriego i program, który analizuje pochodzące z niego obrazy, pozwalają na zlokalizowanie odpowiednich neuronów i wysłanie laserowej wiązki dokładnie w dany punkt. W ten sposób można pobudzać lub hamować pojedyncze neurony.

Jak pokazuje przykład Caenorhabditis elegans metoda może być mało inwazyjna (...tak mało, że aż straszno...). W przeciwieństwie do bezpośredniej stymulacji komórek za pomocą elektrod, może być stosowana u poruszających się swobodnie osobników.

Badania z wykorzystaniem optogenetyki intensywnie się rozwijają, za pomocą tej metody bada się również fizjologiczne podłoże chorób takich jak schizofrenia, autyzm, depresja czy choroba Parkinsona. Być może w tej ostatniej stymulacja optogenetyczna zastąpi stosowaną dotychczas metodę DBS (ang. deep brain stimulation), która polega na wszczepieniu rozrusznika, kontrolującego ruch i blokującego drżenie oraz inne objawy choroby.

Neurolingwistyka to mulidyscyplinarna dziedzina nauki badająca mechanizmy neuronalne odpowiedzialne za rozumienie, przetwarza... czytaj więcej
Dotychczasowe badania nad właściwościami sieci epileptycznych pokrywały na ogół okres nie dłuższy niż kilka minut, obejmując... czytaj więcej
Połączenie twardej nauki i zabawnych filmików wydaje się nie lada wyzwaniem. Być może wprawne pióro i porządne zaplecze wiedz... czytaj więcej
Według danych epidemiologicznych choroba Parkinsona jest drugą najczęściej występującą chorobą neurodegeneracyjną (zaraz po c... czytaj więcej