Svetlo v podkroví: Ako Optogenetika Urobiť Transhuman Brain Hacking Možné

Biológia je veľa ako Legos, pretože metaforicky povedané, všetko je veľa ako Legos. Pravdou je, že naše telá, naše zdanlivo súdržné celky, sa v skutočnosti skladajú z nespočetných malých častí a že funkcie miešania a párovania sú mäsité, krvavé, a nie také ťažké. Napríklad - a získať tento logický vláčik - môžete vyrábať na miesto neuróny schopné generovať a reagovať na svetlo, čím sa vytvorí úplne nový systém neurotransmiterov, ktorý nebude zasahovať do existujúcich systémov, mozgu na vrchole mozgu.

Toto je myšlienka v srdci (alebo hlave alebo čokoľvek) novej oblasti optogenetiky. Podobne ako mnoho iných nástrojov v biológii, aj optogenetika je založená na biológii iného organizmu, ktorý bol „požičiavaný“. V tomto prípade ide o proteín nazývaný channelrhodopsin-2 (ChR-2) a pochádza zo zelených rias nazývaných Chlamydomonas reinhardtii, Ukazuje sa, že existuje mnoho svetelných senzorov iónových kanálov, ako je tento. Myšlienkou je vybudovať nové biologické systémy založené na tehlovej teórii ChR-2.

Vzhľadom k tomu, Karl Deisseroth inžinierstva cicavčie neuróny, ktoré boli pestované v laboratóriu na expresiu ChR-2 v roku 2005, mnoho výskumníkov drotárstvo s optogenetics, používať to zistiť, ktoré neuróny robiť čo. Napríklad jeden typ neurónov nazývaných neurokortikálne neuróny parvalbumínu moduluje 40-cyklov-per-sekundové rytmy v mozgu („oscilácie gama“). Už nejaký čas je známe, že gama oscilácie sú abnormálne u pacientov so schizofréniou aj u autistov, takže v súčasnosti prebiehajú nové stratégie na skúmanie a potenciálne korekciu týchto buniek. Toto je obzvlášť zaujímavá stratégia. Dokonca aj keď základná genetika jedinca spôsobuje abnormálny výsledok v týchto bunkách, ak vedci môžu jednoducho prekonať tento výsledok, potom by táto genetika nebola dôležitá.

Vedci nedávno začali experimentovať s myšlienkou vytvoriť optogenetické siete využívajúce bioluminiscenčné bunky. Zameriava sa najmä na typ bioluminiscencie, ktorú objavil Osamu Shimomura v roku 1962, ktorý je z medúzy Aequorea victoria a reaguje na svetlo (Shimomura dostal Nobelovu cenu za svoj výskum). Svetlo vytvárajúce bunky a bunky citlivé na svetlo sú - na opakovanie metafory - ako dvojité strany Lega.

Povzbudením interakcií medzi týmito dvoma typmi buniek by vedci mohli dosiahnuť bezprecedentnú úroveň neuronálnej presnosti. Budú tiež schopní získať optogenetické bunky, aby reagovali na svetlo bez lepenia baterky na hlavu myši, ktorá je v pohode - najmä pre myš.

Ale čo aplikácie? Jednou z možností je, aby sa vytvorili bunky, ktoré reagujú na svetlo. Takže keď nastanú biologické funkcie - hovoria, že produkujú leptín alebo ghrelín, a preto regulujú vašu chuť k jedlu - tiež by sa rozsvietili a spustili systém. Týmto spôsobom by vedci mohli potenciálne vytočiť množstvo vyrobeného ghrelínu, aby ľudia menej často trpeli hladom. Alebo by mohli vyladiť množstvo inzulínu uvoľneného v reakcii na podnety cukru v krvi. Alebo by mohli zaplaviť zónu adrenalínom, keď sa subjekty unavia.

Alternatívne by bolo možné zaseknúť existujúce systémy. Napríklad, optogeneticky inžinieri inhibičných neurónov v amygdale reagujú na svetlo a aktivujú neuróny v amygdale na produkciu ľahkých výskumníkov by mohli prepájať neuróny inhibítorov ľudí, aby prekonali svoj zmysel pre stres alebo úzkosť. Už žiadna úzkosť. (To by mohlo viesť k skoku v nezamestnanosti ako ľudia, ktorí by sa chceli radovať.)

Stále by sme mohli dostať fanúšika: Možno by sme mohli navrhnúť systém, v ktorom každý neurón v sieti vyjadruje svoju vlastnú farbu a optogenetické bunky vyžadujú aktiváciu každého kanála, aby sa ich účinok mohol realizovať. Takže namiesto jedného odpálenia neurónu musí byť aktivovaná celá pamäť, aby systém fungoval. Možno zlé účinky niektorých spomienok by mohli byť zmiernené. Alebo celá vec by mohla byť urobená tak, aby reagovala na liek, aby ho užívateľ mohol zapnúť alebo vypnúť.

V každom prípade ešte stále existujú veľké vedecké a regulačné prekážky predtým, ako začne toto sci-fi vedenie. Aby sa veci dali do perspektívy, FDA ešte neschválila žiadne postupy génovej terapie a v Európe bol schválený len jeden postup. Táto vec je ďaleko.

Ale prichádza.

A to nie je stratené na výskumných pracovníkov, že optogenetické bunky môžu pracovať aj s hardvérom - že môžeme nielen zaseknúť naše systémy pomocou týchto nových technológií, ale zapojiť sa do väčšieho systému. Biológia je ako Legos, ale je to menej ako Legos, ako by to mohlo byť. Očakávajte, že sa to zmení.