Le contrôle du cerveau avec la lumière: il est possible avec optogénétique

Les scientifiques médicaux ont étudié le cerveau pendant plus de cinq cents ans - et, après tout ce temps, l`organe énigmatique tient encore beaucoup de secrets. Enfin, plus seulement les dernières années, une nouvelle technique appelée « optogénétique » est en train d`émerger, ce qui peut aider les scientifiques à percer les secrets du cerveau (et traiter ses troubles) d`une manière entièrement nouvelle.

Pourquoi avons-nous besoin Optogenetics?

À bien des égards, il est étonnant que les médicaments psychiatriques fonctionne à tous. L`état de l`art - la meilleure science moderne peut faire - des quantités à immerger le cerveau dans un bain chimique, et en espérant que cela fait la seule chose qui nous intéresse ... Et ce genre de travaux.! Parfois.

Il existe des médicaments qui sont très puissants pour le traitement de la dépression, le TOC, le trouble bipolaire et la maladie de Parkinson. Ils sont souvent criblés avec des effets secondaires désagréables. Les médicaments qui ne fonctionnent bien ont souvent été découverts par rien de plus que tâtonnement. Dans de nombreux cas, les scientifiques ne sont pas une compréhension détaillée de la façon dont le cerveau fonctionne pour atteindre la fonction normale - ou comment il fonctionne quand il fonctionne mal. Ces lacunes dans les connaissances sont difficiles à traiter par des moyens traditionnels de l`étude du cerveau, et de limiter la capacité de développer des thérapies efficaces.

Ce que les psychiatres et les neurologues aimeraient vraiment est tout accès en lecture-écriture au cerveau: la capacité d`atteindre l`intérieur de la tête de quelqu`un et exciter ou supprimer des groupes arbitraires de neurones, avec une résolution unique neurone, nous laisser isoler les populations qui sont dysfonctionnelles et corriger leur comportement en temps réel. Malheureusement, la fissuration de la tête de quelqu`un fils ouvert et en cours d`exécution à chaque neurone est impossible.

La promesse de optogénétique est qu`il peut effectivement permettre aux médecins de réaliser quelque chose proche de ce genre d`accès.

Comment les scientifiques utilisent la lumière pour contrôler le cerveau

Voilà comment cela fonctionne: d`abord, les chercheurs injectent le sujet par un virus génétiquement modifié, conçu pour infecter le tissu cérébral. Des centaines de milliards de copies du virus inondent le cerveau, l`injection de leurs charges utiles dans les cellules nerveuses comme ils les rencontrent.

Ces virus ne sont pas nocifs: au lieu de livrer un malveillant, la charge utile de l`auto-réplication, ces virus ont été conçus par des scientifiques pour fournir un brin d`ADN bénigne codant pour des protéines de surface spécifiques qui répondent à des longueurs d`onde spécifiques de la lumière. Les virus servent simplement comme des seringues jetables pour délivrer l`ADN spécial aux cellules.

Les neurones intègrent cet ADN spécial, et, si les conditions sont bonnes, les protéines de surface express qui les amènent à feu quand ils sont stimulés par la lumière - les mêmes types de protéines qui sont utilisées par les cellules de la rétine de l`homme pour détecter la lumière et former des images. En modifiant l`ADN d`être pointilleux quand il se manifeste, les scientifiques peuvent choisir quels types de neurones (il y a des milliers de variétés) expriment la protéine de surface et répondront à la lumière.

Puis, en contrôlant soigneusement l`endroit où la lumière est projetée sur le cerveau, les emplacements spécifiques qui sont stimulés ou déprimés peuvent être contrôlés avec une précision sub-millimétrique, un degré de contrôle qui n`a jamais été possible auparavant. Mieux encore, de nombreuses régions du cerveau peuvent être affectées sans avoir besoin de couper dans ou fils fil à travers la matière cérébrale, ce qui rend la procédure beaucoup plus sûr que les formes traditionnelles de la stimulation cérébrale.

Selon Ed Boyden, professeur de bio-ingénierie et de neurosciences au MIT,

Si vous pouvez contrôler les cellules dans le cerveau, vous pouvez comprendre ce que leur pouvoir est, ce qu`ils peuvent influencer - et, aussi, si vous pouvez contrôler les cellules dans le cerveau, vous pouvez corriger les états du cerveau aberrantes, et vous pouvez créer de nouveaux types de thérapie , resculptant les calculs qui ont mal tourné dans un allé trouble neurologique ou psychiatrique

Vous pouvez regarder une conférence assez technique (mais très intéressant) sur les techniques et les méthodes ci-dessous:

Que pouvez-vous faire avec Optogenetics?

Imaginez qu`un chercheur veut mieux comprendre comment fonctionne la dépression. Ainsi, le chercheur recueille des souris déprimées (ne demandez pas comment les chercheurs à créer des souris déprimés, vous ne voulez pas savoir), et commence les tests.

Ils vérifient les différents types de neurones, et les différentes régions du cerveau, et de voir ce qui se passe lorsque vous stimulez ou déprimer ces zones et ce genre de neurones. Certains groupes expérimentaux se plus heureux - un peu plus déprimée: la plupart ne font ni. En réduisant les populations vers le bas qui sont liées, et comment ils affectent le résultat, le chercheur se construit lentement une carte fonctionnelle profonde, détaillée du cerveau: isoler les mécanismes de joie.

C`est le genre d`expérience qui permet optogénétique, et il va de donner aux scientifiques une meilleure compréhension des différentes fonctions mentales et la façon dont ils peuvent mal tourner.

Déjà, optogénétique a conduit à quelques idées intéressantes potentiels dans les hallucinations auditives de la schizophrénie. Selon le Dr Karl Deisseroth de l`Université de Stanford, il semble maintenant probable que les voix sont, en fait, les composants normaux du monologue intérieur soient interprétées comme une influence extérieure.

« Il peut être une version mal reconnue de pensées internes. D`une certaine manière les informations qu`une pensée est vraiment vient de soi-même est perdu. Il est considéré comme une chose étrangère, une voix qui parle. [...] [Avant optogénétique] il n`y avait aucun moyen de savoir ce parce qu`il n`y avait aucun moyen de contrôler de manière sélective [les cellules] sur l`échelle de temps droit « .

Ces sortes d`idées sont scientifiquement importantes, et pourrait conduire à de meilleurs médicaments et de thérapies, ainsi que de répondre à des mystères anciens sur la nature de la conscience et l`intelligence.Thinking Machines: Qu`est-ce que les neurosciences et l`intelligence artificielle peut nous apprendre sur la conscienceThinking Machines: Qu`est-ce que les neurosciences et l`intelligence artificielle peut nous apprendre sur la consciencePeut construire des machines artificiellement et logiciels intelligents nous apprendre sur le fonctionnement de la conscience, et la nature de l`esprit humain lui-même?Lire la suite

Dans un avenir proche, les médecins peuvent être en mesure de prendre les idées qu`ils tirent de ces expériences, les retourner et utiliser optogénétique sur des patients réels pour influer sur les activités neurologiques qui contribuent à la dépression. Optogénétique permet aux médecins non seulement d`étudier le cerveau, mais aussi de le modifier avec beaucoup plus de précision que ce qui a déjà être possible.

Construire une Sanity Hat

Malheureusement, il est probablement impossible d`utiliser optogénétique sur les humains non invasive. Le crâne est trop épaisse, il est donc nécessaire d`alimenter les câbles de fibre optique à travers elle. Ceci est une chirurgie majeure et présente des risques qui y sont associés, au-delà de ce qui est normalement impliqué dans commencer un cours de médicaments psychiatriques.

Cependant, les thérapies en question ont le potentiel d`être beaucoup plus efficaces et ont moins d`effets secondaires, donc il sera probablement la peine pour de nombreux patients. Il a déjà eu des recherches en utilisant un stimulateur cardiaque électriques du cerveau pour traiter la dépression sévère, et les résultats sont très prometteurs. Les thérapies futures basées sur optogénétique seront probablement moins invasive et plus efficace: une fois que le cerveau est truqué avec des câbles correctement positionnés à fibres optiques, peut-être inséré par le nez pour éviter d`enfreindre le crâne, le reste du matériel peut être stocké à l`extérieur, pour faciliter accès. L`implant lui-même (les câbles à fibres optiques et diodes laser), aurait besoin que la puissance et un signal de commande, ce qui pourrait un jour être fourni sans fil.

Le reste du matériel (l`ordinateur, la batterie et ainsi de suite) pourrait être porté à l`extérieur, ce qui permet le médecin du patient Reprogrammation au besoin, sans nécessiter une intervention chirurgicale supplémentaire.

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Au-delà de la correction de maladie mentale, optogénétique fournit également un moyen de stimuler directement beaucoup plus biocompatible et moins invasive des cellules nerfs dans le cerveau et le corps que les électrodes implantées classiques, ce qui irait à un long chemin à faire implants améliorant la performance de style transhumaniste plus pratique.Dans votre cerveau brancher et corps - L`avenir de Ordinateurs implantablesDans votre cerveau brancher et corps - L`avenir de Ordinateurs implantablesAvec la tendance actuelle de l`innovation technique et la promotion, est maintenant un bon moment pour explorer l`état de l`art dans les technologies informatiques humaine.Lire la suite

Pour être clair, tout cela est encore un long chemin au large: optogénétique est un outil de recherche largement utilisé en ce moment (nous avons expériences utilisant avant couvertes). Cependant, son rôle en tant que thérapie clinique est au moins une décennie ou deux à l`extérieur, et pourrait bien être supplanté par d`autres techniques qui peuvent fournir moins effractive des résultats similaires.

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Pourtant, la perspective est passionnante, et certaines applications peuvent venir plus tôt. Par exemple, il est possible de optogénétique utiliser pour construire de meilleurs implants cochléaires avec une précision beaucoup plus grande.

Est-ce pas tout vraiment effrayant?

Certains d`entre vous la lecture de ce dessin sont déjà vos chapeaux plus serré autour de vos papier d`aluminium oreilles, et c`est tout à fait juste: ce genre d`accès au cerveau est sans précédent, en dehors d`une certaine marque de science-fiction hystérique. Le potentiel d`abus est au moins la peine de discuter.

Si vous pouvez exercer un contrôle suffisant sur le cerveau pour corriger les troubles de la dépression et la schizophrénie et de la personnalité, vous pourriez également être en mesure d`exercer un contrôle suffisant pour reprogrammer l`orientation sexuelle d`une personne - ou lobotomiser enfants turbulents et les prisonniers. Les risques de parents qui essaient d`utiliser cette technologie pour forcer les changements d`identité sur leurs enfants est celui qui ouvre entièrement nouvelles préoccupations d`ordre éthique que la médecine traitera avec pour la première fois.

Au-delà, d`un simple point de vue de la sécurité informatique, de nombreux appareils médicaux modernes sont tout simplement pas assez en sécurité et peut être piraté, dans certains cas, sans fil. Ce genre de compromis est assez effrayant avec un stimulateur cardiaque, mais il est vraiment horrible quand on considère la perspective qu`un attaquant pourrait singe (potentiellement) à l`intérieur de votre tête sans autorisation.

Les scientifiques qui travaillent sur ces thérapies ne sont pas au courant de ces questions. Karl Deisseroth, dans la même interview citée ci-dessus, a le même point:

« La spécificité de optogénétique pose la question de la précision pourrait-on modifier un cerveau pour créer vraiment une personne ayant des besoins, des désirs, des priorités, des sentiments [...] il y a un aspect inquiétant, aussi, ce qui soulève des questions de libre arbitre. »

Pourtant, ces préoccupations pâles par rapport au nombre énorme de personnes qui souffrent horriblement de maladies psychiatriques actuellement incurables que optogénétique a le potentiel d`aider. Cette technologie est plus utile qu`il est dangereux, et, comme il est développé au cours des prochaines décennies, peut changer radicalement la nature du traitement de la santé mentale.

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Qu`est-ce que tu penses? Effrayant, cool, ou quelque part entre les deux? optogénétique a le potentiel pour vous aider, personnellement? Faites le nous savoir dans les commentaires!