Исследование показало, что мышцами можно управлять с помощью света

Традиционно ученые использовали электростимуляцию для искусственной активизации мышц у людей с нарушенной двигательной функцией. Хотя функциональная электростимуляция (ФЭС) позволила добиться значительных успехов в протезировании конечностей и реабилитации, у нее есть ряд серьезных недостатков.

Электрические сигналы, как правило, быстро утомляют мышцы, и им не хватает тонкого контроля, необходимого для выполнения таких сложных задач, как захват предметов или игра на музыкальном инструменте.

Это навело ученых на мысль об оптогенетике, передовой области, которая использует свет для управления генетически модифицированными клетками. Вводя светочувствительные белки, называемые опсинами, в определенные нейроны, ученые могут избирательно активировать или подавлять эти клетки, просто направляя на них свет.

В то время как оптогенетика произвела революцию в исследованиях в области нейробиологии, ее применение в управлении мышцами было относительно неизученным — до сих пор.

Исследовательская группа Массачусетского технологического института предположила, что использование света для стимуляции мышц через периферические нервы может обеспечить более реалистичный контроль над усталостью по сравнению с электрической стимуляцией.

Чтобы проверить эту идею, они обратились к особому штамму мышей, генетически модифицированных для экспрессии светочувствительного белка родопсина-2 (ChR2) в их двигательных нейронах.

Используя инновационную платформу световой стимуляции, которая может точно воздействовать на определенные нервы, исследователи проверили свою теорию. Они обнаружили, что, модулируя ширину импульса (длительность) и частоту световых сигналов, они могут добиться постепенного контроля мышечной силы с поразительной точностью. Оптогенетическая стимуляция не только генерировала более высокую максимальную силу, чем электрическая, но и обеспечивала более линейное, ступенчатое увеличение силы по сравнению с активацией «все или ничего», характерной для ФЭС.