Потенциал оптогенетики

Напомним: оптогенетика может целенаправленно воздей­ствовать на нейроны, возбуждая их на очень ограниченном участке мозговой ткани — объемом в один-два кубических мил­лиметра. Эта технология позволяет не только возбуждать нерв­ные клетки, но и блокировать их возбуждение.

Исключительно высокий уровень контроля при целенаправ­ленном воздействии. Но оптогенетика дает даже больше. Эта технология позволяет отслеживать еще и активность мозга. Ключ — в работе Тсьена, за которую он получил Нобелевскую премию. Помните, он отказался отченнелродопсина и несколько изменил направление своих исследований? Посредством специ­альной инъекции в нейроны мыши вводился другой ген — и ока­залось, что нервные клетки при возбуждении могут светиться. Ученые получили возможность следить за активацией нейронов через тот же самый оптоволоконный кабель, по которому пере­даются импульсы света. Иначе говоря, его можно использовать и как объектив: не только «записывать» что-то в определенную область мозга, но и «считывать» происходящее там. Словом, те­перь в распоряжении ученых есть двусторонний поток данных^[121].

Применяя один из вариантов этой технологии, исследовате­ли из Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI — Howard Hughes Medical Institute) получили возможность наблюдать за возбуждением 13 взаимосвязанных нейронов, получавших сиг­налы, которые поступали от одного из усов мыши.

Данные подобного рода позволяют ученым разобраться в том, каким образом функциональные группы нервных клеток реаги­руют на телесные движения. Ведущий исследователь HHMI по данному направлению Лорен Лугер (Loren Looger) поясняет, ка­кие вопросы возникают при применении этой методики. «Когда мышь поворачивает налево, — спрашивает ученый, — какие именно из юоо нейронов возбуждены? Какие из них активи­руются в первую очередь? А во вторую? И как насчет повторяе­мости: если мышь вновь совершит такое же движение, будут ли активны в точности те же самые юоо нейронов, что и прежде? А если поместить под микроскоп не одну, а две мыши, будут ли обе использовать одни и те же юоо нейронов?» Именно такую информацию и нужно анализировать, располагая имплантиро­ванным устройством, которое позволяет наблюдать за особыми функциональными группами нейронов (cliques of neurons)^[124].

Кристоф Кох (Christof Koch), нейрохирург из Калифорний­ского технологического института (Californian Technology Institute), говорил мне, что важнейшее преимущество оптоге­нетики — ее способность обеспечивать возможность работы как со входящим, так и с исходящим потоками данных (input-output capability).

«Благодаря этому мы можем не только наблюдать за проис­ходящим, но и вмешиваться в него, влияя на работу системы. Я каждый день использую функциональное сканирование на основе магнитно-ядерного резонанса. Это замечательный метод, но он позволяет лишь наблюдать и не более того. А мне хотелось бы еще и вмешиваться в происходящее. Посредством fMRI этого не сделаешь. Оптогенетика же — потрясающая штука. Огромный шаг вперед».

Ему вторит Джейми Хендерсон: «Это революционная техно­логия.

Двусторонний информационный траффик, свойственный оптогенетике, открывает путь к такому слиянию человека с ма­шиной, при котором мозг действительно взаимодействует с ком­пьютером, а не просто отдает или получает приказы. Данная технология может быть применена, например, так, что он смо­жет управлять движениями протезированной руки, а та, в свою очередь, станет собирать и оправлять мозгу сенсорную информа­цию. В генетически измененную соматосенсорную область коры головного мозга можно будет имплантировать сине-голубые и желтые светодиоды, включение и выключение которых будет давать человеку ощущения, связанные с весом, температурой и характером поверхности того или иного объекта во внешнем мире. Лимбическая область мозга будет чувствовать происхо­дящее так, как если бы у человека вместо протеза была настоя­щая рука.