Naukowcy wywołali halucynacje wzrokowe u myszy, wykorzystując światło do stymulacji niewielkiej liczby komórek w mózgu. Badania te mogą pozwolić w przyszłości lepiej zrozumieć, w jaki sposób mózg interpretuje to, co widzą oczy, a być może nawet doprowadzić do opracowania urządzeń, które pomogłyby osobom z upośledzeniem wzroku widzieć.
Autorzy badania opublikowanego w czasopiśmie Science 18 lipca 2019, wykorzystali technologię znaną jako optogenetyka, która pozwala kontrolować poszczególne komórki mózgowe za pomocą światła. Dzięki wykorzystaniu specjalnej linii myszy, komórki są pobudzane do wytwarzania impulsów elektrycznych, kiedy są one poddane działaniu światła. W tym badaniu neurobiolog Karl Deisseroth z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii i jego koledzy próbowali „wszczepić” obrazy do kory mózgowej myszy. Ten region zazwyczaj łączy obrazy z informacjami wytwarzanymi przez siatkówki.
Badania sugerują, że pobudzenie zaledwie 20 neuronów za pomocą światła skłoniło myszy do „zobaczenia” obrazu.
Badacze prezentowali myszom czarno-białe zdjęcia poziomych lub pionowych linii. Zwierzęta były nauczone, że mają dostęp do rurki z wodą za każdym razem, gdy wyświetlany był obraz przedstawiający pionowe linie. W tym czasie naukowcy monitorowali mózg zwierzęcia i rejestrowali, które neurony były aktywne, gdy myszy obserwowały pionowe linie. Ostatecznie zidentyfikowano około 20 komórek na zwierzę, które wydawały się konsekwentnie kojarzone z obrazem pionowym.
Aby stworzyć halucynacje, naukowcy świecili światłem tylko na te neurony, pobudzając je do wytwarzania impulsów elektrycznych. Spowodowało to, że myszy lizały rurkę wody, jakby widziały pionowe pręty, mimo że zwierzęta siedziały w ciemności. Myszy nie lizały rurki, kiedy naukowcy stymulowali neurony połączone z obrazem poziomych prętów.
Autorzy przyznają, że nie jest jasne, czy myszy faktycznie „widziały” pionowe pręty świadomie lub podświadomie, odpowiedź na to pytanie może wymagać kolejnej serii badań behawioralnych. Niemniej jednak zastosowane w badaniu techniki optogenetyczne stanowią przełom w dziedzinie neurobiologii, ponieważ pozwalają naukowcom manipulować mózgiem, a nie tylko go obserwować. Może to prowadzić do powstania protez, które wprowadzają informacje sensoryczne bezpośrednio do mózgu.
Zaskakujące jest, że stymulowanie tylko 20 neuronów sprawiało, że myszy miały halucynacje. W dorosłym mózgu znajduje się ok. 90 miliardów komórek, które czasem ulegają spontanicznej aktywacji. Biorąc pod uwagę wysoką szansę, że te 20 neuronów może być przypadkowo pobudzona, autorzy artykułu zastanawiają się, dlaczego myszy nie mają nieustannych halucynacji. Dyskutują oni, że komórki w korze wzrokowej są tylko częścią tego, co mózg wykorzystuje do postrzegania i interpretowania obrazu. Inne regiony mózgu połączone z korą wzrokową oceniają znaczenie obrazu, umieszczając go w kontekście. W niektórych przypadkach, np. w snach, mózg może generować obrazy bez udziału oczu. Co więcej, neurony odpowiedzialne za wywoływanie danego obrazu w korze wzrokowej mogą być bardzo specyficzne. W 2005 roku grupa Kocha opublikowała opracowanie pokazujące, że pojedynczy neuron aktywowany był za każdym razem, gdy osoba zobaczyła obraz aktorki Jennifer Aniston (Quian Quiroga i wsp., 2005).
Kolejnym wyzwaniem dla zespołu z Uniwersytetu Stanforda będzie określenie, w jaki sposób neurony odpowiedzialne za określone obrazy łączą się z regionami mózgu, które interpretują znaczenie informacji wizualnej. Technika opracowana przez naukowców opiera się na zestawie białek, które są wrażliwe na słabe, czerwone impulsy światła. Naukowcy mają nadzieję, że białka umożliwią im i innym badanie funkcji neuronów związanych z postrzeganiem innych czynników wizualnych, takich jak kolor i kształt oraz innych rodzajów bodźców sensorycznych - w tym dźwięku i dotyku.
Na razie optogenetyka nie jest jeszcze gotowa do użycia u ludzi. Prowadzone są jednak badania nad innymi metodami poprawy percepcji zmysłowej poprzez stymulację ludzkiego mózgu. Firma Second Sight w Kalifornii ujawniła wczesne wyniki badań klinicznych z urządzenia wykorzystującego elektrody wszczepione w korę wzrokową, aby przywrócić wzrok osobom niewidomym. Elektrody stymulują mózg w odpowiedzi na informacje uzyskane z kamery noszonej w pobliżu oka. System poprawił wzrok sześciu osób do tego stopnia, że mogły one zobaczyć biały kwadrat na czarnym ekranie. Firma ma nadzieję, że pewnego dnia urządzenie to przywróci wzrok, przesyłając bardziej złożone informacje wizualne bezpośrednio do mózgu.
https://science.sciencemag.org/content/365/6453/eaaw5202
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15973409?dopt=Abstract
https://www.nature.com/news/curing-blindness-vision-quest-1.15875 - tekst o badaniach klinicznych Second Sight
|
|
|
|
|
|
