28/11/2026 Ada Poon

(Αναπληρώτρια καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ στο τμήμα Ηλεκτρικής Μηχανολογίας)

ΣτΜ: Στο βάθος του χρόνου έως σήμερα έχει αποδειχτεί ότι τον πλανήτη αυτό διαφεντεύει μια ομάδα όντων με καθόλου φιλικές διαθέσεις για το κοινωνικό σύνολο των Ανθρώπων.
Δεν είναι, λοιπόν, η Τεχνολογία το πρόβλημα που αντιμετωπίζουμε, αλλά το Χέρι που την ελέγχει. Με τις έρευνες αυτές, και συχνά μέσα από την αφέλεια των επιστημόνων που τις διεξάγουν, πιστοποιείται ολοένα και προφανέστερα ο τρόπος και οι τεχνικές μέθοδοι με τις οποίες ο πληθυσμός ελέγχεται χωρίς να έχει καμία αντίληψη και επίγνωση αυτής της κατάστασης.

Οι επιστήμονες συνήθως ελέγχουν τη συμπεριφορά ενός εργαστηριακού ποντικού δελεάζοντάς το με τροφή ή απωθώντας το με εισπνοές αέρα. Ωστόσο, όταν συγκεντρωθήκαμε με τους συναδέλφους μου σε ένα εργαστήριο του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ, είχαμε έναν πιο άμεσο τρόπο: αναλάβαμε τον έλεγχο του εγκεφάλου του ποντικού με ένα λαμπερό φως.

Στον εγκέφαλο αυτού του ποντικιού ήταν εμφυτευμένη μια συσκευή περίπου στο μέγεθος ενός κόκκου πιπεριού. Όταν χρησιμοποιήσαμε το ασύρματο σύστημα τροφοδοσίας για να την ενεργοποιήσουμε, η συσκευή έλαμψε με ένα μπλε φως το οποίο ενεργοποίησε γενετικά τροποποιημένα εγκεφαλικά κύτταρα στον προκινητικό φλοιό, ο οποίος με τη σειρά του στέλνει σήματα στους μύες. Παρακολουθήσαμε με έκπληξη το ποντίκι να σταματά τις τυχαίες κινήσεις του και να αρχίζει να τρέχει σε τακτοποιημένους κύκλους γύρω από το κλουβί.

Το Φως Εκ Των Εσω: Οι ερευνητές χρησιμοποιούν μικροσκοπικές συσκευές LED εμφυτευμένες στο κεφάλι ενός ποντικιού (πάνω) και σε ένα νεύρο στο πόδι του (μέση) για να διεγείρουν γενετικά τροποποιημένους νευρώνες που ανταποκρίνονται σε λάμψεις φωτός. Αυτή η οπτογενετική τεχνολογία δίνει στους ερευνητές έναν τρόπο να «ενεργοποιήσουν» ακριβείς ομάδες νευρώνων και να μελετήσουν τα αποτελέσματα. Αυτά τα ασύρματα εμφυτεύματα (κάτω) έχουν περίπου το μέγεθος των κόκκων πιπεριού, οπότε δεν βαραίνουν τα ποντίκια ούτε αλλάζουν τη συμπεριφορά τους.

Αυτό το είδος άμεσου ελέγχου του νου ανήκε κάποτε στην επιστημονική φαντασία. Αλλά με τη νέα τεχνολογία της οπτογενετικής μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το φως για να ενεργοδοτήσουμε τα εγκεφαλικά κύτταρα και να ενεργοποιήσουμε συγκεκριμένα νευρωνικά «κυκλώματα», επιτρέποντάς μας να παρατηρήσουμε την επίδραση στη βιολογία ή τη συμπεριφορά ενός ζώου. Ο στόχος αυτών των ερευνών είναι να βρεθούν οφέλη για την ιατρική, τόσο μέσω της καλύτερης κατανόησης του νευρικού συστήματος και, ίσως, μέσω της κλινικής χρήσης της τεχνικής. Η οπτογενετική δεν έχει ακόμη δοκιμαστεί σε ανθρώπινους εγκεφάλους, αλλά οι νευρολόγοι θα μπορούσαν θεωρητικά να χρησιμοποιήσουν διέγερση με βάση το φως για να εντοπίσουν και να διορθώσουν δυσλειτουργικά κυκλώματα στο ανθρώπινο νευρικό σύστημα.

(ΣτΜ: η δήλωση της συντάκτριας σχετικά με το αν οι τεχνικές αυτές έχουν δοκιμαστεί ή ενδεχομένως ήδη χρησιμοποιούνται σε ανθρώπους ποικιλοτρόπως φυσικά δεν αποτελεί καμία διαβεβαίωση. Η εμπειρία μας δείχνει πως όλα όσα βλέπουμε είναι ένα ψήγμα της πραγματικότητας που ήδη εφαρμόζεται εν αγνοία μας.)

Αυτές οι πολλά υποσχόμενες εφαρμογές έχουν καθυστερήσει λόγω της δυσκολίας να εισέλθει φως στον εγκέφαλο. Μερικοί ερευνητές ανταποκρίθηκαν στην πρόκληση χρησιμοποιώντας μικροσκοπικά καλώδια οπτικών ινών που διεισδύουν στο κρανίο και φιδοσέρνονται μέσω του εγκεφαλικού ιστού για να παραδώσουν παλμούς φωτός. Άλλοι έχουν πειραματιστεί με εμφυτευμένες συσκευές LED που τροφοδοτούνται είτε από ογκώδεις μπαταρίες είτε από αδέξιες συσκευές τοποθετημένες στο κεφάλι και οι οποίες στέλνουν ενέργεια μέσω του κρανίου.

Το πείραμά μου με το ποντίκι που κάνει κύκλους απέδειξε ότι υπάρχει καλύτερος τρόπος. Το εργαστήριό μου αναπτύσσει ηλεκτρονικά συστήματα που μπορούν να ενσωματωθούν απρόσκοπτα στο σώμα: αυτή η συσκευή μεγέθους πιπεριού είναι περίπου 1% του μεγέθους οποιασδήποτε προηγούμενης οπτογενετικής συσκευής. Το ποντίκι μας δεν είχε καλώδια, μπαταρίες ή εξωτερικά καλύμματα κεφαλής, έτσι ώστε να μπορεί να κινείται ελεύθερα – μια απαίτηση για κοινές μελέτες συμπεριφοράς που περιλαμβάνουν λαβύρινθους ή δοκιμές κολύμβησης. Επιπλέον, αν άλλα ποντίκια συναντούσαν το πειραματόζωό μας, πιθανότατα δεν θα παρατηρούσαν τίποτα ασυνήθιστο πάνω του, ανοίγοντας έτσι τον δρόμο για μια σειρά πειραμάτων σχετικά με την κοινωνική συμπεριφορά.

Η κατασκευή της ίδιας της μικροσκοπικής συσκευής ήταν σχετικά εύκολη. Το δύσκολο κομμάτι ήταν να βρούμε πώς να το τροφοδοτήσουμε αποτελεσματικά ενώσω το ποντίκι θα περιφερόταν ελεύθερα μέσα στο περίβλημά του. Η εκπληκτική λύση μας χρησιμοποίησε ασύρματη ενέργεια με τη μορφή ραδιοκυμάτων που προέρχονταν από έναν θάλαμο συντονισμού κάτω από το κλουβί και συλλαμβάνονταν από το ίδιο το σώμα του ποντικιού. Με αυτή την απάντηση στο πρόβλημα της οπτογενετικής τεχνολογίας, ελπίζω ότι οι νευροεπιστήμονες μπορούν να ρίξουν περισσότερο φως στα σκοτεινά μυστήρια του εγκεφάλου.

Έχετε παρατηρήσει ποτέ πώς τα φύλλα ενός φυτού εσωτερικού χώρου περιστρέφονται σταδιακά για να εντοπίσουν ένα ηλιόλουστο παράθυρο; Ένα παρόμοιο βοτανικό τέχνασμα είναι το θεμέλιο της οπτογενετικής.
Το τέχνασμα προέρχεται από ένα μονοκύτταρο πράσινο φύκι που μπορεί να κολυμπήσει προς μια πηγή φωτός, χάρη σε έναν ειδικό τύπο πρωτεΐνης στην κυτταρική μεμβράνη του. Η πρωτεΐνη ανταποκρίνεται στο φως ανοίγοντας ένα κανάλι ιόντων στη μεμβράνη, αλλάζοντας έτσι το ηλεκτρικό δυναμικό μέσα στο κύτταρο των φυκών και ενεργοποιώντας την κίνηση δύο φραγγελίων που μοιάζουν με μαστίγιο. Γύρω στο 2005, αρκετές ερευνητικές ομάδες συνειδητοποίησαν ότι θα μπορούσαν να πάρουν το γονίδιο που κωδικοποιεί αυτή την πρωτεΐνη και να το εισάγουν στο DNA ενός νευρώνα.

Οπτογενετική 101

Αυτή η πρωτοποριακή τεχνική για την έρευνα των νευροεπιστημών ξεκινά με ένα συστατικό που προέρχεται από έναν απλό μονοκύτταρο οργανισμό.

Ένας νευρώνας που τροποποιείται με αυτόν τον τρόπο παράγει την πρωτεΐνη για τη δική του κυτταρική μεμβράνη. Στη συνέχεια, όταν μια λάμψη φωτός χτυπά τον νευρώνα, η πρωτεΐνη ανοίγει κανάλια ιόντων, αφήνοντας φορτισμένα μόρια να ρέουν μέσα. Η διαδικασία αναπαράγει τη φυσική αλλαγή στο ηλεκτρικό δυναμικό που κάνει έναν νευρώνα να «πυροδοτείται» και να απελευθερώνει μια χημική ουσία, η οποία προκαλεί την πυροδότηση άλλων συνδεδεμένων νευρώνων με τη σειρά τους. Το έργο του νευρικού συστήματος γίνεται μέσω αυτών των αλυσιδωτών αντιδράσεων, καθώς τα ηλεκτρικά σήματα τρεμοπαίζουν μέσω νευρωνικών κυκλωμάτων για να ελέγξουν τη λειτουργία των οργάνων, τις εθελοντικές κινήσεις και αυτά τα μυστηριώδη πράγματα που ονομάζουμε σκέψεις και συναισθήματα.

Οι νευροεπιστήμονες μελετούν αυτά τα πρότυπα ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά έχουν περιοριστεί από την ανακρίβεια των εργαλείων τους. Μεγάλο μέρος της προόδου στη βιολογία εξαρτάται από την παρατήρηση, πράγμα που σημαίνει ότι οι επιστήμονες χρειάζονται εργαλεία τόσο για να παρεμβαίνουν στα φυσικά σωματικά συστήματα ενός οργανισμού όσο και για να παρακολουθούν τι συμβαίνει. Οι τυπικές τεχνικές νευροεπιστήμης βασίζονται στον ηλεκτρισμό, χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια στο τριχωτό της κεφαλής ή εμφυτευμένα μέσα στον εγκέφαλο για να διεγείρουν και να καταγράφουν μέσα από ομάδες νευρώνων. Αυτά τα ηλεκτρόδια είναι σχετικά μεγάλα και ακατέργαστα, όμως, και δεν μπορούν να στοχεύσουν πολύ συγκεκριμένα κύτταρα, όπως οι νευρώνες στον ιππόκαμπο που κωδικοποιούν ξεχωριστές μνήμες.
Αυτός ο περιορισμός με ενοχλεί. Από την άποψη ενός μηχανικού, η μελέτη των ζωντανών πλασμάτων μπορεί να φαίνεται ακατάστατη. Όταν πειραματίζομαι με ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, μπορώ να αλλάξω ένα τρανζίστορ και να ελέγξω αν το τσιπ εξακολουθεί να λειτουργεί. Εάν δεν το κάνει, μπορώ να είμαι σίγουρη ότι το νέο τρανζίστορ είναι υπεύθυνο για το σφάλμα. Στα βιολογικά συστήματα, είναι πολύ πιο δύσκολο να απομονωθεί μια μεταβλητή ενδιαφέροντος.

Με την οπτογενετική τεχνολογία μπορούμε να ενεργοποιήσουμε και να απενεργοποιήσουμε τους νευρώνες σαν να ήταν τρανζίστορ σε ένα κύκλωμα. Οι γενετιστές έχουν διάφορους τρόπους (στους οποίους δεν θα αναφερθούμε εδώ) για να εναποθέσουν τα απαραίτητα γονίδια σε πολύ συγκεκριμένες ομάδες κυττάρων. Με τις συσκευές φωτισμού μας, μπορούμε στη συνέχεια να ενεργοποιήσουμε ένα συγκεκριμένο σύνολο νευρώνων. Οι νευρώνες αντιδρούν στο φως μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, καθιστώντας το αποτέλεσμα της παρέμβασής μας αρκετά προφανές.

Οι νευροεπιστήμονες έσπευσαν να δουν τις δυνατότητες μελέτης τόσο των υγιών εγκεφάλων όσο και εκείνων που αλλάζουν από ασθένειες. Για παράδειγμα, μια ερευνητική ομάδα πρόσφατα ερεύνησε βαθιά τον εγκέφαλο ενός πιθήκου για να διεγείρει μόνο εκείνους τους νευρώνες που παράγουν τη νευρική χημική ντοπαμίνη, η οποία παίζει κρίσιμο ρόλο στον έλεγχο της κίνησης, τα κίνητρα, την ανταμοιβή και τον εθισμό. Εν τω μεταξύ, μια άλλη ομάδα καθορίζει πώς η βλάβη σε ορισμένα κύτταρα που παράγουν ντοπαμίνη εμπλέκεται στα κινητικά προβλήματα που παρατηρούνται στη νόσο του Πάρκινσον. Αν και αυτές οι μελέτες διεξάγονται σε ζώα, μπορούν να ενημερώσουν τις ιατρικές θεραπείες για τους ανθρώπους.

Η πρώτη γενιά οπτογενετικών τεχνολογιών χρησιμοποίησε οπτικές ίνες για να μεταφέρει έναν παλμό φωτός μέσω του κρανίου, επωφελούμενη από τη σταθερή διεπαφή κρανίου-εγκεφάλου και επιτρέποντας στους ερευνητές να φωτίζουν συνεχώς στοχευμένους νευρώνες. Σε αυτή τη ρύθμιση το «συνδεδεμένο» ποντίκι μπορεί να κινηθεί αρκετά ελεύθερα σε ένα ανοιχτό κλουβί, αλλά το σύστημα έχει τα μειονεκτήματά του. Οι ερευνητές πρέπει να χειριστούν το ποντίκι για να συνδέσουν την οπτική ίνα, η οποία στρεσάρει το ζώο και μπορεί να αλλάξει το αποτέλεσμα των πειραμάτων συμπεριφοράς. Επιπλέον, ένα δεμένο ποντίκι δεν μπορεί να πλοηγηθεί σε κλειστούς χώρους ή να τρυπώσει σε ένα σωρό συντρόφους κλουβιών ύπνου.

Η αφαίρεση των καλωδίων αποτελούσε μια τρομερή πρόκληση. Μερικοί ερευνητές προσπάθησαν να εμφυτεύσουν συσκευές LED με ενσωματωμένες μπαταρίες, αλλά ήταν πολύ μεγάλες και βαριές για μακροχρόνια χρήση. Άλλοι κράτησαν τα εμφυτεύματα μικρά, αλλά μόνο συνδέοντας έναν ογκώδη ασύρματο πομπό ισχύος στο κεφάλι του ποντικιού. Αυτές οι βάσεις κεφαλής εμποδίζουν την ελευθερία κινήσεων του ζώου και αλλάζουν την εμφάνισή του, εμποδίζοντάς το ενδεχομένως να εμπλακεί σε φυσιολογικές κοινωνικές αλληλεπιδράσεις με άλλα ποντίκια.
 Στόχος μας, λοιπόν, ήταν να οικοδομήσουμε ένα οπτογενετικό σύστημα που θα επέτρεπε σε ένα ποντίκι να κινείται ελεύθερα σε ένα κοινωνικό περιβάλλον. Με ένα τέτοιο πλάσμα, οι νευροεπιστήμονες θα μπορούσαν να εξετάσουν τα κυκλώματα του εγκεφάλου που εμπλέκονται σε κινητικές διαταραχές και νευροψυχολογικά προβλήματα, παρέχοντας ενδεχομένως μεγάλες γνώσεις για την ιατρική.

Μερικοί άνθρωποι λένε ότι η τεμπελιά είναι η αληθινή μητέρα της εφεύρεσης. Εφηύραμε το σύστημά μας αφού εξετάσαμε τους υπάρχοντες τρόπους για να τροφοδοτήσουμε ασύρματα ένα οπτογενετικό εμφύτευμα και σκεφτήκαμε: «Πρέπει να υπάρχει κάποιος ευκολότερος τρόπος».

Οι περισσότερες προηγούμενες συσκευές έστελναν ενέργεια στον εγκέφαλο μέσω ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, στην οποία ένα πηνίο εκπομπής στέλνει ηλεκτρομαγνητικά κύματα μέσω του αέρα σε ένα πηνίο λήψης. Αυτή είναι μια παλιά ιδέα με την οποία πειραματίστηκε ο Nikola Tesla στις αρχές του 1900 και η οποία προσαρμόστηκε πρόσφατα για την ασύρματη φόρτιση ηλεκτρικών αυτοκινήτων και smartphones. Αλλά αυτή η μέθοδος μεταφοράς ενέργειας έχει σημαντικά μειονεκτήματα. Για να διατηρηθεί το πηνίο λήψης αρκετά μικροσκοπικό ώστε να χωράει μέσα στον εγκέφαλο ενός ποντικιού, η δομή μετάδοσης πρέπει να βρίσκεται πολύ κοντά στο ζώο. Η διασφάλιση ότι το ποντίκι λαμβάνει την ώθηση ισχύος του καθώς κινείται γύρω από το κλουβί είναι επίσης δύσκολη. Είτε το σύστημα πρέπει να διατηρεί ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που καλύπτει ολόκληρο το περίβλημα, σπαταλώντας όλη την ενέργεια που δεν λαμβάνεται από την εμφυτευμένη συσκευή, είτε πρέπει να στοχεύει το πεδίο στο κινούμενο ποντίκι, το οποίο απαιτεί την παρακολούθηση του ζώου καθώς περιπλανιέται.

Οι ερευνητές εξέλιξαν το πρόβλημα παρακολούθησης συνδέοντας έναν ραδιοφάρο ή έναν αισθητήρα τοποθεσίας στο κεφάλι ή τα πόδια του ποντικιού, αλλά αυτά τα συστήματα είναι αρκετά περίπλοκα. Μερικοί αναπαράγουν ακόμη και δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, με πολλαπλούς πομπούς τοποθετημένους γύρω από το κλουβί για να λειτουργούν σαν μικροσκοπικοί πύργοι κινητής τηλεφωνίας, μεταφέροντας την ευθύνη με την αλλαγή θέσης του ποντικιού. Εργάστηκα στο σχεδιασμό ασύρματων συστημάτων εσωτερικού χώρου τόσο στην Intel όσο και σε μια startup, πριν επιστρέψω στον ακαδημαϊκό χώρο, και γνωρίζω πόσο περίπλοκα μπορεί να είναι τέτοια συστήματα. Ήθελα μια απλούστερη λύση.
Έψαξα για την απάντηση στο σώμα του ίδιου του ποντικιού. Κάθε αντικείμενο αντηχεί φυσικά όταν χτυπηθεί από ηλεκτρομαγνητικά κύματα συγκεκριμένων συχνοτήτων, τα οποία καθορίζονται από τη γεωμετρία και τις υλικές ιδιότητες του αντικειμένου. Ένας εύκολος τρόπος για να κατανοήσουμε τη γενική αρχή της «συντονισμένης σύζευξης» είναι το κλασικό παράδειγμα που περιλαμβάνει έναν τραγουδιστή όπερας, ένα ακουστικό κύμα και ένα ποτήρι κρασιού. Καθώς η σοπράνο τραγουδά τις υψηλές νότες της, τα ηχητικά κύματα ταξιδεύουν μέσω του αέρα στο γυαλί, προκαλώντας την διακριτική δόνησή του. Εάν μια νότα έχει την ίδια συχνότητα συντονισμού με το γυαλί, αυτό το ακουστικό κύμα παγιδεύεται στο υλικό και αναπηδά εμπρός-πίσω. Στις ταινίες (και μερικές φορές στην πραγματική ζωή), αυτό το κύμα είναι αρκετά ισχυρό για να σπάσει το γυαλί.

Ένα ζωντανό ποντίκι μπορεί να φαίνεται πολύ διαφορετικό από ένα ποτήρι κρασιού, αλλά η αρχή ισχύει. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να εισέλθουν στον ιστό του σώματος του ποντικιού και κύματα μιας συγκεκριμένης συχνότητας θα συντονιστούν μέσα σε αυτό. Έτσι, η ομάδα μου χρησιμοποίησε ένα πρόγραμμα υπολογιστή για να μοντελοποιήσει το σώμα ενός ποντικιού, βάζοντας πληροφορίες σχετικά με το γενικό σχήμα του και τις διηλεκτρικές ιδιότητες του ιστού του. Στη συνέχεια χρησιμοποιήσαμε τον προσομοιωτή για να υπολογίσουμε τις συχνότητες συντονισμού ενός τυπικού εργαστηριακού ποντικιού. Στη συνέχεια κατασκευάσαμε έναν «θάλαμο συντονισμού» για να ενισχύσουμε και να αποθηκεύσουμε την ενέργεια RF σε μία από αυτές τις συχνότητες συντονισμού (περίπου 1,5 gigahertz). Τοποθετήσαμε το θάλαμο κάτω από το κλουβί και συνδέσαμε μια εμπορικά διαθέσιμη γεννήτρια σήματος RF.

Με αυτή τη ρύθμιση, η οροφή του θαλάμου συντονισμού έγινε το πάτωμα του κλουβιού του ποντικιού. Αν το είχαμε αφήσει έτσι, ο θάλαμος θα είχε κρατήσει την ενέργεια RF παγιδευμένη. Αλλά αν αφαιρούσαμε το επάνω κάλυμμα, ο θάλαμος θα ακτινοβολούσε ενέργεια προς όλες τις κατευθύνσεις και θέλαμε έναν αποτελεσματικό τρόπο να κατευθύνουμε την ενέργεια μόνο στο ποντίκι. Έτσι αντικαταστήσαμε το επάνω κάλυμμα με ένα ανοιχτό πλέγμα στο οποίο οι τρύπες ήταν πολύ μικρότερες από το μήκος κύματος των 10 εκατοστών του ραδιοκύματος μας. Αυτό το πλέγμα παγίδευσε την ενέργεια μέσα στο θάλαμο κάτω μέχρι μια κρίσιμη στιγμή.

Ή μάλλον, μέχρι τις πολλές κρίσιμες στιγμές: Κάθε φορά που το ποντίκι έκανε ένα βήμα και πίεζε ένα πόδι στο πλέγμα, το σώμα του έγινε μια κεραία που συντονιζόταν στο ραδιοφωνικό σήμα από κάτω. Επειδή το σώμα του ποντικιού αντηχούσε στην ίδια συχνότητα με την ενέργεια RF που περιέχεται ακριβώς κάτω από το δίκτυο, η ενέργεια διέφευγε από το θάλαμο και το ηλεκτρικό πεδίο κινιόταν μέσω του σώματος του ποντικιού. Όταν έφτασε στον εγκέφαλο και την εμφυτευμένη συσκευή LED, λήφθηκε από ένα πηνίο 2 χιλιοστών, το οποίο συγκέντρωσε την κατευθυνόμενη ενέργεια και τη χρησιμοποίησε για να τροφοδοτήσει τη συσκευή. Έτσι, όπου το ποντίκι κινήθηκε στο δίκτυο, τα πόδια του τράβηξαν την ενέργεια RF, ενώ αλλού η ενέργεια παρέμεινε τακτοποιημένη. Δεν απαιτήθηκε παρακολούθηση, ωστόσο το ποντίκι μας που έτρεχε παρέμεινε ενεργοποιημένο.

Η συσκευή που κατασκευάσαμε για τον εγκέφαλο περιέχει ένα πηνίο λήψης ενέργειας, κυκλώματα και LED και ζυγίζει μόνο 20 χιλιοστόγραμμα (το κεφάλι ενός ποντικιού είναι περίπου 2 γραμμάρια). Έχει μέγεθος 10 κυβικά χιλιοστά. Εκτός από αυτό το μικροσκοπικό εγκεφαλικό εμφύτευμα, κατασκευάσαμε επίσης τις πρώτες οπτογενετικές συσκευές αρκετά μικρές για εμφύτευση στο περιφερικό νευρικό σύστημα ενός ποντικού, επιτρέποντάς μας να διεγείρουμε τα νεύρα στη σπονδυλική στήλη και τα άκρα ενός ποντικιού. Αυτή η ικανότητα θα μπορούσε να επιτρέψει στους επιστήμονες να χαρτογραφήσουν τη διάδοση των ηλεκτρικών σημάτων σε όλο το σώμα.

Το σύστημά μας πληροί τις απαιτήσεις για πολλά πειράματα νευροεπιστήμης που μελετούν τη συμπεριφορά των ποντικιών. Μπορεί να τροφοδοτήσει μια συσκευή σε μια περιοχή αρκετά μεγάλη για τυπικά πειράματα «ανοιχτού πεδίου«, τα οποία χρησιμοποιούνται συχνά για τη δοκιμή φαρμάκων κατά του άγχους. Στα ποντίκια δεν αρέσουν οι έντονα φωτισμένοι ανοιχτοί χώροι, οπότε οι κινήσεις και οι διερευνητικές συμπεριφορές τους μπορούν να δείξουν τον βαθμό άνεσης ή άγχους τους. Το σύστημά μας μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στα πειράματα «προτίμησης τόπου» που χρησιμοποιούνται συχνά σε δοκιμές φαρμάκων. Για να δοκιμάσετε ένα φάρμακο για τον πόνο, για παράδειγμα, ένα ποντίκι επιτρέπεται να κινείται ελεύθερα μεταξύ ενός ασφαλούς περιβλήματος και ενός άλλου όπου δέχεται ηλεκτροσόκ. Εάν ξοδεύει χρόνο στο δωμάτιο του ηλεκτροσόκ, το φάρμακο για τον πόνο λογικά λειτουργεί. Το σύστημά μας θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε πειράματα σε κλουβιά σπιτιού, έτσι ώστε να μην χρειάζεται να χειρίζονται καν οι ερευνητές τα ποντίκια, γεγονός που θα μπορούσε να εξασφαλίσει πιο φυσική συμπεριφορά.

Θέλω οι νευροεπιστήμονες σε όλο τον κόσμο να χρησιμοποιούν την τεχνολογία μας, γι ‘αυτό δημοσίευσα τα τελικά μας σχέδια στο διαδίκτυο, μαζί με ένα βίντεο οδηγιών. Ο ασύρματος πομπός ισχύος είναι εύκολος στην κατασκευή χρησιμοποιώντας άμεσα διαθέσιμα εργαλεία και φθηνά εξαρτήματα. Αυτό το σύστημα είναι επίσης πολύ πιο εύκολο στη χρήση από τα προηγούμενα ασύρματα οπτογενετικά συστήματα, καθώς δεν απαιτεί μηχανισμούς παρακολούθησης ή προσαρμοσμένο εξοπλισμό πέρα από την κοιλότητα συντονισμού.

Ελπίζω ότι αυτή η ευκολία χρήσης θα οδηγήσει τους ερευνητές να προσαρμόσουν τη συσκευή μας για να καλύψουν τις ανάγκες τους. Η παρούσα τεχνολογία μας λειτουργεί με μικρά ζώα που έχουμε μοντελοποιήσει για να προσδιορίσουμε τις σωστές συχνότητες συντονισμού, αλλά μια παρόμοια προσέγγιση μπορεί να είναι αποτελεσματική για αρουραίους και μεγαλύτερα ζώα. Μπορώ επίσης να φανταστώ επιστήμονες να προσαρμόζουν τη ρύθμιση για διαφορετικά περιβάλλοντα ή να την προσαρμόζουν για μελέτες που περιλαμβάνουν πολλαπλά αλληλεπιδρώντα ποντίκια, το καθένα με ένα εμφύτευμα LED που λάμπει μέσα στον εγκέφαλό του.

Όλοι επιθυμούν να γνωρίζουν πότε η οπτογενετική θα είναι έτοιμη για ιατρική χρήση. Δεδομένου ότι μια τέτοια χρήση θα περιλαμβάνει γενετικά τροποποιημένα κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα, θα χρειαστούμε πρώτα μια μεγάλη έρευνα ασφάλειας για να καθορίσουμε εάν αυτές οι τροποποιήσεις έχουν ακούσιες συνέπειες.

Ωστόσο, ακόμη και αν η οπτογενετική παραμείνει στη σφαίρα της βασικής επιστημονικής έρευνας, μπορεί ακόμα να προσφέρει βραχυπρόθεσμα κλινικά οφέλη. Δουλεύοντας με ποντίκια που χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μελέτη της νόσου του Αλτσχάιμερ, το εργαστήριό μου αναπτύσσει τώρα την τεχνολογία μας για να διερευνήσει τους μηχανισμούς απώλειας μνήμης στα αρχικά στάδια αυτής της καταστροφικής ασθένειας. Ψάχνουμε επίσης για θεραπείες. Η υβριδική μας προσέγγιση χρησιμοποιεί τόσο οπτογενετική όσο και ηλεκτρική διέγερση των νευρώνων στον ιππόκαμπο, την περιοχή του εγκεφάλου που εμπλέκεται στη μνήμη.

Να τι κάνουμε: Με την εμφυτευμένη συσκευή LED, ενεργοποιούμε άμεσα συστάδες νευρώνων μέχρι να εντοπίσουμε εκείνους που σχετίζονται με την ανάκληση μιας πολύ συγκεκριμένης μνήμης από το ποντίκι, όπως η δυσάρεστη εμπειρία φόβου μετά από ένα οδυνηρό σοκ. Είναι εύκολο να καταλάβετε πότε το ποντίκι θυμάται αυτή τη μνήμη, επειδή παγώνει σε ένα αμυντικό σκύψιμο. Μόλις εντοπίσουμε τους κρίσιμους νευρώνες μέσω αυτού του οπτογενετικού ελέγχου, μπορούμε στη συνέχεια να στρέψουμε την προσοχή μας σε ηλεκτρόδια που εμφυτεύονται επίσης στον εγκέφαλο. Καθοδηγούμενοι από τις ακριβείς πληροφορίες που έχουμε συγκεντρώσει, χρησιμοποιούμε τα ηλεκτρόδια για να διεγείρουμε τον ιππόκαμπο περαιτέρω, παρακολουθώντας ποιες δονήσεις παράγουν το επιθυμητό αποτέλεσμα.

Εάν μπορούμε να μάθουμε πού αποθηκεύονται οι ατομικές μνήμες και να βρούμε τρόπους πρόσβασης σε αυτές χρησιμοποιώντας το σύνολο των εργαλείων μας, η εργασία μας μπορεί να ενημερώσει άμεσα τις κλινικές μελέτες. Οι γιατροί χρησιμοποιούν ήδη εμφυτευμένα ηλεκτρόδια για τη θεραπεία αρκετών νευροψυχιατρικών ασθενειών, έτσι ώστε τα διδάγματα που αντλήθηκαν στο εργαστήριο να μπορούν να μεταφερθούν στην κλινική. Ελπίζουμε ότι αποκαλύπτοντας τα μοτίβα διέγερσης που προκαλούν στα ποντίκια με Αλτσχάιμερ να θυμούνται ένα σοκ, θα βοηθήσουμε τους επιστήμονες να ανακαλύψουν παρόμοια μοτίβα που κάνουν τα άτομα με Αλτσχάιμερ να θυμούνται πιο χρήσιμα πράγματα– όπως τα γεγονότα της ζωής τους ή τα πρόσωπα των ανθρώπων που αγαπούν. Καθώς η οπτογενετική τεχνολογία βελτιώνεται και διευκολύνει την ευαίσθητη έρευνα του εγκεφάλου, πιστεύω ότι μπορεί να είναι ένα καθοδηγητικό φως για τη νευροεπιστήμη.

πηγή