Zdalnie sterowane myszy

Badacze z Uniwersytetu Yonsei w Korei Południowej opracowali nową metodę kontrolowania mózgu za pomocą pól magnetycznych. Technologia Nano-MIND (Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics) umożliwia bezprzewodową, zdalną i precyzyjną modulację określonych obszarów mózgu za pomocą pól magnetycznych. W eksperymentach na myszach naukowcy wykazali, że ma ona potencjał do zdalnego kontrolowania emocji, zachowań społecznych i apetytu.

Opis oraz rezultaty badań ukazały się na łamach pisma "Nature Nanotechnology" (DOI: 10.1038/s41565-024-01694-2).

Ludzki mózg zawiera ponad 100 miliardów neuronów połączonych w złożoną sieć. Kontrola obwodów neuronowych ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia wyższych funkcji mózgu, takich jak poznanie, emocje i zachowania społeczne, a także dla identyfikacji przyczyn różnych jego zaburzeń. Nowa technologia kontrolowania funkcji mózgu ma również znaczenie dla rozwoju interfejsów mózg-komputer (BCI), takich jak te opracowywane przez firmę związaną z Elonem Muskiem Neuralink, których celem jest umożliwienie sterowania urządzeniami zewnętrznymi wyłącznie za pomocą myśli.

Próby kontrolowania zachowań zwierząt nie są niczym nowym. Jednak w dotychczasowych pracach przeważnie korzystano z elektrod przymocowanych do głowy zwierzęcia połączonych do zewnętrznego systemu. Takie podejście wymaga inwazyjnej operacji i nie pozwala swobodnie poruszać się obiektom testowym.

Południowokoreańscy badacze opracowali inny system. W sowich pracach wykorzystali pola magnetyczne, co umożliwia bezprzewodowe i zdalne sterowanie określonymi obszarami mózgu w celu modulacji jego złożonych funkcji. Chociaż pola magnetyczne są od dawna stosowane w obrazowaniu medycznym ze względu na ich bezpieczeństwo i zdolność do penetracji tkanek biologicznych, precyzyjne kontrolowanie obwodów neuronowych za pomocą pól magnetycznych stanowiło dla naukowców poważne wyzwanie.

Ta zaawansowana technologia wykorzystuje pola magnetyczne i namagnesowane nanocząsteczki w celu selektywnej aktywacji docelowych obwodów mózgowych.

Naukowcy najpierw zmodyfikowali genetycznie myszy, by te rozwinęły bardziej wrażliwe magnetycznie kanały jonowe, które działają jak bramy w ich neuronach lub komórkach układu nerwowego, umożliwiając pewnym cząsteczkom wejście w określonych momentach i z określoną szybkością. Selektywna ekspresja nano-magnetoreceptorów w określonych typach neuronów oraz aktywowanie ich za pomocą pól magnetycznych w precyzyjnych momentach, umożliwia przestrzenno-czasową kontrolę aktywności neuronowej.

W eksperymentach badacze wykazali, że ich metoda działa. Za jej pomocą wpłynęli na zachowania macierzyńskie myszy. Aktywowali określona grupę neuronów u samic myszy niebędących matkami, co znacząco zwiększyło ich zachowania opiekuńcze wobec młodych. Reagowały zupełnie inaczej na zawołania młodych, podchodziły do nich szybciej i spędzały przy nich więcej czasu.

Swoją technologię wykorzystali też do regulacji zachowań żywieniowych zmodyfikowanych genetycznie gryzoni. Aktywacja określonych neuronów spowodowała, że myszy zjadły tylko połowę porcji. W innym doświadczeniu badacze spowodowali z kolei wzrost apetytu. W jeszcze innym eksperymencie "zachęcili" mysz do przyjaznego nastawienia do drugiej myszy.

Wyniki eksperymentów pokazują, że technologia nano-MIND może selektywnie aktywować pożądane obwody mózgowe w celu modulacji wyższych funkcji mózgu. - To pierwsza na świecie technologia, która kontroluje określone obszary mózgu za pomocą pól magnetycznych — mówi Jinwoo Cheon, współautor publikacji. - Oczekujemy, że będzie szeroko stosowana w badaniach w celu zrozumienia funkcji mózgu, zaawansowanych sztucznych sieci neuronowych, dwukierunkowych technologii BCI i nowych metod leczenia zaburzeń neurologicznych – dodaje.

Źródło: Yonsei University, Science Alert, fot. PXHere/ CC0