Вчені вперше дистанційно «керували розумом» мишей

Простим клацанням магнітного поля мишей, сконструйованих з «перемикачами», що активуються наночастинками в мозку, змушували їсти, спілкуватися і поводитися, як щасливі молоді матері в експерименті, покликаному протестувати інноваційний інструмент дослідження.

Хоча експерименти з «контролем свідомості» на тваринах далеко не нові, вони зазвичай покладалися на громіздкі електроди, які прив’язували суб’єкта до зовнішньої системи, що не лише вимагало інвазивної хірургії, але й встановлювало обмеження на те, наскільки вільно суб’єкт може пересуватися.

Дослідники з Інституту фундаментальних наук (IBS) в Кореї розробили метод цілеспрямованого впливу на шляхи в мозку за допомогою поєднання генетики, наночастинок і магнітних полів, що вважається проривом у неврології.

Вони називають цю технологію Nano-MIND, що є абревіатурою від Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics (магнітогенетичний інтерфейс для нейродинаміки). І хоча контроль розуму — це грубий, але відносно точний спосіб описати її, система в її нинішньому вигляді покликана забезпечити дослідників засобами дистанційної активації нейронних ланцюгів для цілої низки дослідницьких застосувань.

«Це перша в світі технологія, що дозволяє вільно керувати певними ділянками мозку за допомогою магнітних полів, — говорить Джинву Чон, старший автор і директор Центру наномедицини IBS.

«Ми очікуємо, що вона буде широко використовуватися в дослідженнях для розуміння функцій мозку, складних штучних нейронних мереж, двосторонніх технологій BCI [інтерфейс мозок-комп’ютер] і нових методів лікування неврологічних розладів».

Магнітна стимуляція — це нова галузь досліджень у неврології, в якій імпульси електромагнетизму, що омивають мозок, широко масажують цілі регіони, тонко змінюючи їхню поведінку.

Щоб націлитися на конкретні ланцюги, дослідники взяли приклад з іншої галузі досліджень, яка називається оптогенетика, що займається генною інженерією механізмів у клітинах, які можна легко активувати за допомогою джерела світла.

У цьому випадку команда інтегрувала іонні канали в цільові популяції клітин мозку мишей.

Замість того, щоб доставляти світло через локалізоване волокно, як в оптогенетиці, іонні канали можна було вмикати магнітним способом за допомогою повороту крихітного актуатора. Все, що потрібно, — це навколишнє поле, достатньо сильне, щоб притягнути наночастинку.

Щоб перевірити роботу установки, дослідники розробили три різні тести. Перший стосувався рецепторів, що беруть участь у складній поведінці, пов’язаній з харчуванням та винагородою, у бічному гіпоталамусі — області, розташованій глибоко в самому ядрі мозку.

Спостереження за рухами тварин і споживанням їжі в магнітному полі і поза ним виявило значні відмінності, які показали, що можна буквально вмикати і вимикати бажання миші їсти за власним бажанням.

Під впливом магнітного поля група мишей з увімкненими збудливими нейронами з’їдала вдвічі менше їжі. Друга група з інженерними гальмівними нейронами з’їдала вдвічі більше, поки магнітне поле було активним.

Латеральний гіпоталамус також містить шляхи, що відповідають за комунікабельність. Помістивши відповідним чином сконструйовану мишу в камеру з мишею, яку вони ніколи раніше не зустрічали, поки магнітні поля були активними, ми побачили, що у мишей можна заохочувати «дружні» форми поведінки.

Інший тест був спрямований на ключові рецептори в так званій медіальній преоптичній ділянці, яка відповідає за батьківську турботу.

Самки мишей з Nano-MIND, що стимулювали медіальну преоптичну зону, поміщені в камеру, збагачену «натуралістичними» елементами, дуже по-різному реагували на крики мишенят, швидше наближаючись до них і довше присідаючи над засмученими дитинчатами, перебуваючи в магнітному трансі.

Такий точний контроль над конкретними ланцюгами був би знахідкою для дослідників, які прагнуть скласти карту неврологічних шляхів або протестувати нові методи лікування.

З часом подібні нанотехнології можуть навіть лікувати психічні розлади у людей або відігравати важливу роль у терапії виснажливих неврологічних станів, повертаючи людині повний контроль над власним розумом. Це дослідження було опубліковане в журналі Nature Nanotechnology.