Ученые использовали наночастицы для дистанционного управления мышами
На протяжении многих лет на животных и людях проводились многочисленные эксперименты по дистанционному управлению мозгом. Как правило, они основаны на установке электродов или нейронных чипов, связывающих испытуемого с внешней системой, и в большинстве случаев требуют инвазивного хирургического вмешательства. Однако ученые собираются изменить эту ситуацию, используя магнитные поля и намагниченные наночастицы. В ходе первого эксперимента с использованием своей технологии, получившей название Nano-MIND, исследователям удалось управлять определенными областями мозга мышей, в частности, контролировать аппетит, общительность и материнское поведение.
Исследователи из Центра наномедицины Института фундаментальных наук (IBS) и Университета Йонсей в Южной Корее разработали инновационный подход к воздействию на мозговые пути с помощью комбинации наночастиц и магнитного поля. Эта технология, получившая название Nano-MIND (Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics), предлагает новый способ дистанционного манипулирования и управления нервной системой.
«Это первая в мире технология, позволяющая свободно управлять определенными областями мозга с помощью магнитных полей«, — заявил в пресс-релизе Джинву Чхон, директор Центра наномедицины IBS и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале . При разработке Nano-MIND ученые черпали вдохновение в магнитной стимуляции и объединили ее с оптогенетикой.
Магнитная стимуляция — это развивающееся направление в неврологии. Она предполагает использование электромагнитных импульсов для «массажа» целых областей мозга с целью изменения поведения. Для воздействия на конкретные цепи команда использовала оптогенетику — подход, направленный на генетическую интеграцию механизмов в клетки, которые могут быть активированы источником света.
Неинвазивная альтернатива
По сравнению с другими существующими методами манипулирования нейронами, Nano-MIND позволяет модулировать конкретные глубокие нейронные цепи в мозге беспроводным способом с помощью магнетизма. Это позволяет дистанционно активировать определенные нейронные цепи без использования электродов или нейронного чипа. Секрет эффективности этой технологии кроется в генной инженерии, которая позволяет встраивать ионные каналы в нервные клетки-мишени.
В отличие от стандартной оптогенетики, эти каналы активируются не источником света, а магнитным полем. Для этого необходимо сильное окружающее магнитное поле. Когда магнитное поле активируется, наночастицы, находящиеся в целевых областях, активируют ионные каналы, тем самым изменяя поведение животного.
В рамках исследования команда провела три отдельных эксперимента. Первый включал в себя воздействие на рецепторы, расположенные в латеральном гипоталамусе группы мышей — области в самом центре мозга, участвующей в пищевом поведении и вознаграждении.
Команде удалось регулировать пищевое поведение мышей, активируя и деактивируя их желание есть. Под воздействием магнитного поля группа, чьи возбуждающие нейроны были задействованы, потеряла 50% аппетита, в то время как группа с измененными тормозными нейронами потребляла в два раза больше пищи.
Во втором эксперименте ученые активировали нейроны, отвечающие за общительность, также расположенные в латеральном гипоталамусе. Мыши были помещены к незнакомым сородичам и продемонстрировали дружелюбное поведение.
Последний эксперимент включал в себя использование системы Nano-MIND для активации рецепторов нейронов, отвечающих за материнское поведение, расположенных в медиальной преоптической области, у самок мышей, которые никогда не размножались. По словам команды, «эти мыши продемонстрировали усиленное кормовое поведение, например, принесли своих детенышей в гнездо, подобно материнским мышам«.
«Мы надеемся, что этот метод будет широко использоваться в исследованиях, направленных на понимание работы мозга, создание сложных искусственных нейронных сетей, технологий двунаправленного BCI и новых методов лечения неврологических расстройств«, — заключает Чон.