Yeni beyin aracını "işgal edin"! Bilim adamları, fare beynini kontrol etmek için manyetik alanı başarıyla kullanıyor
İnsan beynine "üç kiloluk evren" denir. Birinin sizin izniniz olmadan beyninizi uzaktan kontrol edip edemeyeceğini ve bu merkezi işlem organını kaslarınıza bilgi göndermeye zorlayabileceğini hayal edin Bu nasıl olurdu?
Bu size "Host" adlı bir filmi hatırlatabilir, bu filmde uzaylı bir yaratık, insan sinir sisteminde parazitlenerek, insan zihnini kontrol ederek ve değiştirerek insan beynini başarıyla işgal eder.
Ve gerçek hayatta Beyni "istila etmenin" üç ana aracı vardır: Elektrik, ilaç ve ışık . Şimdi, bilim adamları nöromodülasyona ulaşmak için kullanılabilecek başka bir araç keşfettiler ve bu araç hayatımızın her yerinde, yani manyetik alan .
Son zamanlarda, Buffalo Üniversitesi'ndeki Arnd Pralle araştırma ekibi, Manyetik termal uyarım Fare beynini doğrudan manipüle edin , Ve ilk kez hayvanların uzuvlarının hareketini kontrol ederek koşmalarına, dönmelerine ve atletik yeteneklerini kaybetmelerine izin veriyor.
Ekip ayrıca, manyetik termal uyarım teknolojisinin nihayet insan beyni hastalıklarını veya akıl hastalıklarını tedavi etmek için kullanılmasının beklendiğini söyledi. Makale "Elife" de yayınlandı.
Sinirbilimciler uzun süredir daha iyi, zarar vermeyen nöromodülasyon yöntemleri arıyorlar. Bir yandan nöromodülasyon teknolojisi, insanların beynin sırlarını daha iyi keşfetmesine yardımcı olabilirken, diğer yandan bu teknolojilerin bazı akıl hastalıklarını tedavi etmek için de kullanılması bekleniyor. Optogenetik ve elektriksel uyarı gibi mevcut nöromodülasyon teknolojileri, hayvanın beynine optik fiberlerin veya metal elektrotların yerleştirilmesini gerektirdikleri için zarar veriyor. Örnek olarak implante edilen elektrot daha travmatiktir, enfeksiyon ve kanama riski vardır, yan etkileri güçlüdür ve özgül değildir. Dolayısıyla bu keşif şüphesiz onlar için iyi bir haberdir.
Resim | Manyetik nanopartiküller implante edilmiş fare beyni
Deney sırasında ilk adım, Pralle ekibinin gen parçalarını ve bazı yardımcı gen elementlerini içeren virüsleri farelerin beyinlerine enjekte etmesini sağlamak için genetik mühendisliği yapmaktı, böylece bu genetik malzemeler fare beyin hücrelerinin veya nöronların DNA zincirleriyle etkileşime girebilir. Birleştirin. Bu harici genler, fare beyninin nöron hücrelerini yüksek sıcaklığa daha duyarlı hale getirebilir, yani belirli nöronların ısıyla aktive olan iyon kanallarını ifade etmesine izin verir.
Daha sonra Belirli nöronlara özel manyetik nanopartiküller eklerler , Bu adım, biyolojik beynin manyetik alan aracılığıyla uzaktan kontrolü için çok önemlidir. Araştırmacılar, organizmaların beyinlerini uyarmak için alternatif manyetik alan sinyalleri kullandığında, implante edilen manyetik nanopartiküller, manyetik alanın etkisine bağlı olarak hızla dönerek hedef hücreleri ısıtmak için gereken ısıyı üreterek nöronların yanıt vermesine ve pozitif iyon kanallarını açmasına neden olur. Hayvan hareket davranışının kontrolünü sağlamak için nöronların ateşlenmesini uyarın.
Fare "beyin kontrolü" videosu
Araştırmada, Pralle'nin ekibi, fare beynindeki üç farklı alanı başarıyla etkinleştirdi: Fareler motor korteksteki hücreleri uyararak daha hızlı koşabilir; çizgili hücreleri uyararak fareler daire şeklinde dönebilir ve bilim adamları beyinde daha derin bir alanı etkinleştirdiğinde farelerin uzuvları donar.
Aslında, bu deneyden önce optogenetik (nöronların ışıkla uyarılması) ve kimyasal genetik (nöronları uyaran ilaçlar), hayvanları aynı davranışa sahip olmaları için uyardı.
Ancak yukarıdaki iki yöntemin dezavantajları vardır. Optogenetik belirli nöronları hedefleyebilse de, optogenetik teknolojisi yoluyla hayvan hareketinin kontrolü, genellikle hayvanların ışıklı bir yere bağlanmasını gerektirir, böylece nöronları yanıt verebilir. Ek olarak, daha önce belirtildiği gibi, optogenetik Bilim genellikle hayvan beyinlerine küçük fiber optik kabloların yerleştirilmesini gerektirir ve bu da kaçınılmaz olarak nöronlara zarar verir. Kimyasal genetiğin de eksiklikleri vardır.Bu yöntem araştırma hayvanlarının serbest dolaşımını düzenleyebilse de, ilaç tepkisi nispeten yavaştır ve tepki daha uzun sürer.
Bu şekilde, derin beyin stimülasyon yönteminde, manyetik termal genetik teknolojinin bariz avantajları vardır: hücreleri harekete geçirmek için ışık yerine manyetik kuvvet ve ısı kullanır ve uzaktan çalışmayı başarabilir; teknoloji invazif değildir ve deneyler, Farenin beyni birkaç kez uyarıldıktan sonra, hedef nöronlar hiçbir hasar belirtisi göstermedi ve nörogülasyon yanıt hızları nispeten hızlıydı.
Ancak böyle bir teknoloji tartışmalı görünüyor.
Şekil Arnd Pralle
Pralle'nin ekibinin çalışması, farelerin beynine enjekte edilen manyetik nanopartiküllerin çevreleyen sıvıya yayılmak yerine nöronların hücre zarına bağlanacağını göstermiştir.Sonuçta ısıtma aralığı 10-1 ila 10-2 ile sınırlıdır. nm aralığı. Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'nde biyomühendis olan Markus Meister yanıt olarak şunları söyledi: " Fiziksel bir bakış açısından, bu, termodinamiğin temel yasalarına uymuyor (Isı, yüksek sıcaklıktaki bir nesneden düşük sıcaklıktaki bir nesneye kendiliğinden aktarılabilir.) "Termodinamiğin temel yasalarına göre, ısının çevredeki sulu çözeltiye aktarılması gerektiğine ve nihai sonucun yerel bir ısıtma etkisi olmayacağına inanıyor. Meister şunları söyledi: "Bütün bunlar doğru gibi görünse de, arkasındaki mekanizma henüz doğrulanmadı."
Bununla birlikte, Pralle, önerdikleri teknolojinin gerçek fenomenle tutarlı olduğu konusunda ısrar etti ve ekip, belirli bir nöronal hücre aralığını manyetik bir alan aracılığıyla ısıtmayı ve hayvan davranışının kontrolünü tamamlamayı başardı. Bu fenomenin neden olduğunu açıklayamıyorlar.
Şekil Sinir impuls iletiminin şematik diyagramı
Massachusetts Institute of Technology'den Dr. Polina Anikeeva da dahil olmak üzere birçok kuramcı ve deneyci de bu fenomenden endişe duyuyor ve fenomeni açıklamak için bazı modelleri test etmeye çalışıyorlar. Altın nanopartikülleri suda lazerle ısıtmayı başardılar ve benzer bir etkiye sahip oldular.
Anikeeva, Prallenin son deneyinin tartışmalı olmadığına inanıyor. Çünkü Meister yasası nano boyutlu parçacıkların ısı transferine uygulanamaz.
Ardından Pralle, Anikeeva ile işbirliği yapmayı planlıyor. Bir sonraki adım, fare beyninin birden çok bölgesinin aynı anda düzenlenmesini sağlamak için manyetik termal stimülasyon teknolojisini kullanmaktır. Hayvan hareketi davranışının daha kapsamlı kontrolünün gerçekleştirilebileceği umulmaktadır. Pralle, son 10 yılda manyetik termal uyarım üzerine araştırmalar yapmaya devam etti. Bu deneyden önce, teknolojinin bir petri kabındaki nöronları aktive etmede bir rolü olduğunu ve ayrıca nematod davranışını kontrol ettiğini göstermişti. Pralle ayrıca düşünmeye cesaret ettikleri sürece sayısız teknik engeli aşabileceklerine inanıyor.
Son olarak, bu teknolojinin insan tıbbına da uygulanacağını umuyoruz. Bilim adamları beyin sinirlerinin kablolaması hakkında daha kapsamlı bir anlayışa sahip olmayı umuyorlar. Ve hangi farklı spor davranışlarının farklı sinirler tarafından kontrol edilebileceği. Yapay göz ve kulak gelişiminin yanı sıra felç, travmatik beyin hasarı, Parkinson hastalığı ve depresyon gibi hastalıkların tedavisinin manyetik termal genetik teknolojisi ile gerçekleştirilebileceği umulmaktadır.
