Создан высокоточный оптический зонд для управления активностью мозга — он поможет в изучении мозга
Новый инструмент нейробиологии позволяет не просто наблюдать за мозгом, а в реальном времени управлять его реакциями с помощью света. Разработка исследователей из Массачусетского университета в Амхерсте — это двухцветный микроскопический зонд, способный одновременно возбуждать и подавлять активность нейронов. Технология обещает ускорить расшифровку функциональных зон мозга и открыть новые пути в лечении эпилепсии и других неврологических расстройств.
Два цвета вместо одного: как работает оптогенетика нового поколения
Оптогенетика, наука, которой менее двух десятилетий, базируется на генной модификации нейронов. В клетки встраиваются светочувствительные белки, работающие как оптические переключатели. Свет определенной длины волны заставляет нейрон затормаживаться, другой — активироваться. При этом обычная синаптическая передача сигналов сохраняется. Мозг продолжает функционировать в привычном режиме, но исследователь получает пульт управления, с помощью которого можно «включать» или «выключать» конкретные нейронные цепи.
Главный недостаток большинства существующих оптогенетических зондов — монохромность. Один инструмент работает только на возбуждение или только на торможение. Чтобы проверить реакцию одного участка мозга, ученым приходится последовательно использовать два разных зонда, что замедляет исследование и снижает точность.
Микроскопический «светофор» для нейронов
Команда из Массачусетса решила эту проблему, создав двухцветный зонд рекордно малых размеров: ширина 0,2 мм, толщина 0,05 мм. На его крошечном наконечнике разместились два светодиода — красный и синий. Красный MicroLED подавляет активность нейронов в зоне воздействия, синий, наоборот, запускает возбуждение. Такая конструкция позволяет ученым мгновенно переключать режимы и наблюдать, как одна и та же группа клеток реагирует на противоположные сигналы. Это дает возможность быстрее и точнее картировать функции различных отделов мозга.
От лаборатории мышей до клиники: перспективы лечения эпилепсии
Способность избирательно тормозить нейроны имеет прямое практическое значение. В современной медицине этот принцип лежит в основе подавления эпилептических приступов. Эксперименты на мышах с использованием новых зондов позволяют детально изучить механизмы, запускающие патологическую активность, и найти способы ее блокировки. Более точный инструмент с расширенной функциональностью дает надежду на прогресс в терапии не только эпилепсии, но и других расстройств центральной нервной системы.
В мозге человека до сих пор остается огромное количество «белых пятен» — зон, чья работа до конца не изучена. Двухцветный зонд — это не просто очередной лабораторный прибор. Это ключ к системному пониманию того, как рождаются мысли, эмоции и реакции организма.
