Naukowcy przejęli kontrolę nad mózgiem przy pomocy lasera
Naukowcom z Uniwersytetu Harvarda udało się przejąć kontrolę nad mózgiem zwierzęcia przy pomocy światła lasera. To dokonanie może stanowić solidny fundament pod przyszłe badania struktury i funkcjonowania tego niezwykle skomplikowanego organu.
Zespół pod kierownictwem Sharada Ramanathana, profesora biologii molekularnej i fizyki stosowanej, wykorzystał impulsy światła lasera do stymulacji neuronów nicienia C. elegans. To najlepiej poznane przez biologię zwierzę ma tylko 302 neurony, dzięki czemu możliwa stała się stymulacja jednego z nich. Kluczowa dla eksperymentu była w tym przypadku prosta budowa organizmu robaka. - Jeśli możemy zrozumieć proste systemy nerwowe do punktu całkowitej kontroli, to być może uda się nam zrozumieć te bardziej skomplikowane - komentuje Ramanathan.
Przedsięwzięcie nie zakończyłoby się sukcesem, gdyby nie precyzyjne połączenie inżynierii genetycznej z najnowszymi osiągnięciami techniki. Pierwsza faza eksperymentu polegała na właściwej modyfikacji genomu zwierzęcia, czyli wbudowaniu w neurony cząsteczek barwnika fluorescencyjnego. Dzięki nim komórki nerwowe zaczynały świecić pod wpływem impulsów lasera o odpowiedniej długości fali. Ale celem badaczy był tylko jeden neuron. Jedna spośród gęsto upakowanych 302 komórek, znajdujących się w pobliżu głowy zwierzęcia.
Na zobrazowanie tej sieci, identyfikację właściwego neuronu, ustawienie lasera i oddanie strzałów w poruszającego się nicienia, naukowcy mieli zaledwie 20 milisekund. W trakcie planowania doświadczenia wydawało się to nieosiągalne, ale z pomocą przyszedł Askin Kocaba. Dzięki jego pomysłom badaczom udało się wykonać ruchomy stolik, który utrzymywał organizm we właściwym położeniu względem kamery i lasera. Konieczne było także opracowanie szeregu innych rozwiązań - od sprzętu po oprogramowanie.
Wynik końcowy przeszedł najśmielsze oczekiwania badaczy. System umożliwiał kontrolę nie tylko ruchów nicieni, ale także ich zmysłów. Udało się oszukać układ nerwowy sugerując, że w pobliżu znajduje się pożywienie.
- Chcemy poznać mózg zwierzęcia, które ma tylko kilkaset neuronów, aby całkowicie i dosłownie przekształcić go w grę wideo, w której będziemy kontrolować wszystkie jego zachowania - podsumowuje Ramanathan.
Dalsze badania mają na celu udoskonalenie systemów. To co wymaga teraz 20 milisekund, naukowcy chcieliby dokonać w czasie zaledwie 1 milisekundy. Takie zwiększenie prędkości pozwoliłoby przetestować układ na bardziej złożonych modelach, np. rybie danio pręgowanym.
