Мозговой контроль: С точностью до нейрона
Перспективы подобной технологии продемонстрировали специалисты знаменитой MIT Media Lab: впервые, используя строго дозированные вспышки лазерного света, они сумели активировать определенные скопления нейронов в мозге подопытной обезьяны. Такой подход уже используется для исследования и контроля за активностью нейронов в сравнительно простых нервных системах (рыб и мух) и более сложных (грызунов) — но теперь его удалось применить и для наших ближайших родственников, приматов.
«Это открывает путь для создания принципиально новых медицинских процедур, способных излечивать широкий спектр психических расстройств, — говорит нейрофизиолог Эд Бойден (Ed Boyden), глава группы, сообщившей об открытии. Действительно, основное достоинство этой техники — ее высочайшая избирательность. Комбинируя методы генной инженерии и различные характеристики воздействующего лазерного луча, ученые с точностью до миллисекунд могут "запускать" или "останавливать" строго определенные группы нейронов, затрагивая только нужные из них и минимизируя побочные эффекты от этого воздействия.
Но для начала требуется создать специальные вирусы, и это — та фаза, где требуется использование генной инженерии. Ученые модифицируют их таким образом, чтобы они «поражали» ионные каналы нейронов, которые отвечают за передачу электрического сигнала, при этом делая вирусные частицы еще и безвредными. Каждый вирус при этом чувствителен к облучению синим цветом: как только на него попадает такое излучение, вирус заставляет ионный канал нервной клетки работать на полную мощь, и клетка «выстреливает», активируясь и передавая сигнал.
Здесь важен и тот момент, что вирус внедряется в очень ограниченную область мозга, и затрагивает лишь строго определенный класс нервных клеток. Еще более сужают воздействие сами крохотные размеры лазерного луча. Что и говорить, в сравнении с существующими методами химиотерапии, которые сегодня являются наиболее популярными в психиатрии и неврологии, это поразительная точность.
Подобный «оптогенетический» подход впервые был продемонстрирован Эдом Бойденом в 2005 г., совместно с Карлом Дайсеротом (Karl Deisseroth), и с тех пор успел завоевать некоторую популярность в нейрологических исследованиях. Он позволил установить, какие именно группы нервных клеток задействованы в различных аспектах жизнедеятельности — например, в процессах обчения у мышей или бегства у рыб. Но до сих пор на столь сложных организмах, как приматы, применить методику не удавалось. А приматы, естественно, последняя ступень перед человеком.
Тем более что результаты, опубликованные недавно группой Бойдена, показывают не только то, что подход успешно применим на обезьянах, но и то, что он безопасен. Макаки-резусы, прошедшие в течение 8−9 мес. несколько повторных инъекций вируса и стимуляций лазером, не получали никаких повреждений нейронов, мозга и иммунной системы.
«Множество расстройств связаны с изменениями в определенных видах нервных клеток, — резюмировал Бойден, — так что для целей терапии медики заинтересованы в возможности точечного воздействия на строго определенные клетки, не затрагивая остальные. Так что именно такое точно локализованное воздействие может открыть двери для новых видов лечения». Пока что для задач, связанных с «запуском» или, наоборот, «блокировкой» нервных клеток — например, при лечении эпилепсии или болезни Паркинсона — используются весьма грубые методы, связанные с внедрением в мозг электродов. Подобное решение использовали и для контроля над мозгом небольших рыбок («Управление мозгом»). Однако понятно, что такая операция опасна, сложна и неизбирательна, связана с массой, зачастую крайне опасных побочных эффектов.
Конечно, особое внимание к «оптогенетическим» методикам проявляют ученые. Точность его работы может позволить установить более детальные взаимосвязи между работой определенных нейронов и групп нейронов с наиболее сложными функциями высшей нервной деятельности.
Ведь если для генетиков в большинстве случаев подходящими объектами являются кишечные палочки, дрозофилы или мыши, которые на генном уровне не столь сильно отличаются от нас, то при исследованиях нервной деятельности мышь человеку явно «не товарищ». Достаточно сказать, что наш мозг — столь сложная система, что потребляет 20% всей энергии организма (для чего ему столько нужно — читайте в заметке «Мозг-обжора»), а, к примеру, у дрозофил мозга, в обычном смысле слова, и вовсе нет. И для таких исследований хирургически точное воздействие, применимое и для приматов, оказывается как нельзя более кстати.
По публикации Wired