Nano-MIND: ученые используют наночастицы для дистанционного управления мозгом мышей

Ученые из Института фундаментальных наук (IBS) в Южной Корее разработали новый способ управления разумом мышей, манипулируя активируемыми наночастицами «переключателями» внутри их мозга с помощью внешнего магнитного поля.

Система, получившая название Nano-MIND (Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics / магнитогенетический интерфейс для нейродинамики), работает, управляя целевыми областями мозга путем активации нейронных цепей.

Несмотря на то, что «контроль над разумом» — грубое, но относительно точное описание, система в её нынешнем виде предназначена для того, чтобы предоставить исследователям возможность удалённо активировать нейронные цепи для ряда исследовательских целей.

Хотя это не первый эксперимент по «контролю разума» с участием животных, предыдущие подходы обычно основывались на инвазивной хирургии и громоздких внешних системах, ограничивающих движения испытуемых, как отмечает Science Alert.

«Это первая в мире технология, позволяющая свободно управлять определёнными областями мозга с помощью магнитных полей», — сказал Джин Ву Чхон, директор Центра наномедицины IBS и старший автор статьи, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, в заявлении об исследовании. «Мы ожидаем, что он будет широко использоваться в исследованиях для изучения функций мозга, в сложных искусственных нейронных сетях, двусторонних технологиях [интерфейса «мозг-компьютер»] и для лечения неврологических расстройств», — добавил он.

В экспериментах исследователи активировали ингибиторные нейроны в определенных областях мозга, чтобы увеличить аппетит и пищевое поведение на 100 процентов. Возбуждая эти нейроны, команда смогла, наоборот, уменьшить количество пищи, которую ели мыши, на 50 процентов.

Они также использовали эту систему для избирательной активации рецепторов, отвечающих за материнское поведение, в мозге самок мышей, которые не размножались. Активируя эти пути, мыши «значительно усилили заботливое поведение, например, приносили детёнышей в своё гнездо, как материнские мыши», согласно пресс-релизу.

В третьем эксперименте исследователям удалось активировать участки мозга, отвечающие за «дружелюбное» поведение, и побудить мышей ладить с другими мышами в небольшой камере, где они никогда раньше не встречались.

Учёные манипулировали нейронами, поворачивая крошечный привод с помощью магнитного поля, чтобы притягивать или отталкивать наночастицы, имплантированные в мозг мышей.

Это исследование может заложить основу для новых методов лечения неврологических заболеваний у людей на основе нанотехнологий. Оно может даже помочь в лечении депрессии.

Магнитная стимуляция — это развивающаяся область исследований в неврологии, где воздействие на мозг импульсами электромагнитного излучения массирует целые области, слегка изменяя их поведение.

Чтобы воздействовать на определённые нейронные цепи, исследователи обратились к другой области исследований под названием оптогенетика, которая занимается генетической модификацией механизмов в клетках, которые можно легко активировать с помощью источника света.

Иллюстрация ионного канала (в центре) в клеточной мембране. Ионные каналы обеспечивают передачу электрических сигналов в мозге, позволяя определённым ионам (таким как натрий, калий и кальций) проходить через мембрану.

В этом случае команда исследователей внедрила ионные каналы в целевые популяции клеток мозга мышей.

Вместо того чтобы подавать свет через локальное волокно, как в оптогенетике, ионные каналы можно было бы включать с помощью магнитного поля, поворачивая крошечный привод. Всё, что для этого требуется, — это окружающее поле, достаточно сильное, чтобы притягивать наночастицу.

На различные нейронные пути можно воздействовать магнитными полями с помощью технологии Nano-MIND.

Чтобы проверить работоспособность установки, исследователи разработали три различных теста. Первый касался рецепторов, участвующих в сложном пищевом поведении и получении удовольствия в латеральном гипоталамусе, области, расположенной глубоко в самом центре мозга.

Наблюдение за движениями животных и потреблением ими пищи в магнитном поле и за его пределами выявило значительные различия, которые показали, что можно буквально включать и выключать желание мышей есть по своему усмотрению.

Под воздействием магнитного поля группа мышей с переключателями на возбуждающих нейронах съедала в два раза меньше пищи. Вторая группа с модифицированными тормозными нейронами съедала в два раза больше, пока магнитное поле было активным.

Магнитная стимуляция, применяемая через нано-магниторецепторы, позволяет регулировать мозговые центры, отвечающие за мотивацию и аппетит.

Боковой гипоталамус также содержит нейронные пути, отвечающие за общительность. Поместив мышь с модифицированным мозгом в камеру с мышью, с которой она никогда раньше не встречалась, и включив магнитные поля, можно было наблюдать, как у мышей проявляются «дружелюбные» формы поведения.

Другой тест был нацелен на ключевые рецепторы в так называемой медиальной преоптической области, которая отвечает за родительскую заботу.

Самки мышей с Nano-MIND стимулирующей медиальную преоптическую область, помещённые в камеру с «натуралистическими» условиями, по-разному реагировали на крики детёнышей мышей: они быстрее подходили к ним и дольше сидели на корточках над расстроенными мышатами, находясь в состоянии магнитного транса.

Такой точный контроль над определёнными цепями был бы полезен исследователям, которые хотят составить карту неврологических путей или протестировать новые методы лечения.

 

Это исследование было опубликовано в Nature Nanotechnology.

Источник перевода: newsstreet.ru

Больше интересных статей, которые я не успеваю переводить, но которые можно почитать через онлайн-переводчики, можно найти здесь: t.me/murrrzio

murrrzio

You can view and join @murrrzio right away.