Gehirnsteuerung mit Licht ist mit Optogenetik möglich

Medizinwissenschaftler untersuchen das Gehirn seit mehr als fünfhundert Jahren - und nach all dieser Zeit birgt das rätselhafte Organ immer noch viele Geheimnisse. Schließlich wurde in den letzten Jahren eine neue Technik genannt “Optogenetik” entsteht, was Wissenschaftlern dabei helfen kann, die Geheimnisse des Gehirns (und seine Störungen) auf völlig neue Art und Weise zu enthüllen.

Warum brauchen wir Optogenetik??

In vielerlei Hinsicht ist es erstaunlich, dass psychiatrische Medikamente überhaupt funktionieren. Der Stand der Technik - das Beste, was moderne Wissenschaft tun kann - bedeutet, das Gehirn in ein chemisches Bad zu tauchen und zu hoffen, dass es das tut, was uns interessiert. Und… es funktioniert irgendwie! Manchmal.

Es gibt Medikamente, die zur Behandlung von Depressionen, OCD, bipolarer Störung und Parkinson-Krankheit sehr wirksam sind. Sie sind oft mit unangenehmen Nebenwirkungen durchsetzt. Die Medikamente, die gut funktionieren, wurden oft durch nichts anderes als Versuch und Irrtum entdeckt. In vielen Fällen wissen die Wissenschaftler nicht genau, wie das Gehirn funktioniert, um eine normale Funktion zu erreichen - oder wie es funktioniert, wenn es nicht richtig funktioniert. Diese Wissenslücken sind durch traditionelle Methoden zur Untersuchung des Gehirns nur schwer zu beheben und schränken die Fähigkeit ein, wirksame Therapien zu entwickeln.

Was Psychiater und Neurologen wirklich gerne hätten, ist der totale Lese- und Schreibzugriff auf das Gehirn: Die Fähigkeit, in den Kopf eines Menschen zu gelangen und beliebige Gruppen von Neuronen mit Einzelneuronenauflösung zu erregen oder zu unterdrücken, lässt uns die dysfunktionellen Populationen isolieren und korrigieren Verhalten in Echtzeit. Leider ist es unpraktisch, jemanden den Kopf zu knacken und Drähte zu jedem Neuron zu führen.

Das Versprechen der Optogenetik ist, dass es Ärzten tatsächlich möglich sein wird, etwas in der Nähe dieser Art von Zugang zu erreichen.

Wie Wissenschaftler Licht verwenden, um das Gehirn zu kontrollieren

Und so funktioniert es: Zuerst injizieren die Forscher dem Patienten ein genetisch manipuliertes Virus, das zur Infektion von Hirngewebe entwickelt wurde. Hunderte Milliarden Kopien des Virus durchfluten das Gehirn und injizieren ihre Nutzlast in die Nervenzellen, wenn sie auf sie treffen.

Diese Viren sind nicht schädlich: Anstatt eine bösartige, sich selbst replizierende Nutzlast zu liefern, wurden diese Viren von Wissenschaftlern so konstruiert, dass sie einen gutartigen DNA-Strang liefern, der für spezielle Oberflächenproteine ​​kodiert, die auf bestimmte Lichtwellenlängen reagieren. Die Viren dienen einfach als Einwegspritzen, um die spezielle DNA an die Zellen abzugeben.

Die Neuronen enthalten diese spezielle DNA, und, wenn die Bedingungen stimmen, exprimieren sie Oberflächenproteine, die bei einer Lichtanregung zum Auslösen führen. Dieselben Arten von Proteinen werden von menschlichen Retinalzellen verwendet, um Licht zu detektieren und Bilder zu erzeugen. Durch die Veränderung der DNA, so dass sie sich bei der Expression noch genauer äußert, können Wissenschaftler wählen, welche Arten von Neuronen (es gibt Tausende von Varietäten) das Oberflächenprotein exprimieren und auf Licht reagieren werden.

Durch eine sorgfältige Kontrolle, wo Licht auf das Gehirn fällt, können die stimulierten oder gedrückten spezifischen Stellen mit einer Genauigkeit von weniger als einem Millimeter gesteuert werden, ein Grad an Kontrolle, der bisher noch nie möglich war. Besser noch, viele Bereiche des Gehirns können betroffen sein, ohne dass Drähte in die Hirnsubstanz eingeschnitten werden müssen, wodurch das Verfahren wesentlich sicherer ist als bei herkömmlichen Formen der Hirnstimulation.

Laut Ed Boyden, Professor für Bioengineering und Neurowissenschaften am MIT,

Wenn Sie Zellen im Gehirn kontrollieren können, können Sie herausfinden, was ihre Kraft ist, was sie beeinflussen können - und wenn Sie Zellen im Gehirn kontrollieren, können Sie abweichende Gehirnzustände korrigieren und neue Therapieansätze erstellen , resculpting die Berechnungen, die bei einer neurologischen oder psychiatrischen Störung schief gelaufen sind

Sie können eine recht technische (aber äußerst interessante) Vorlesung zu den folgenden Techniken und Methoden ansehen:

Was können Sie mit Optogenetics tun??

Stellen Sie sich vor, ein Forscher möchte besser verstehen, wie Depressionen funktionieren. Also sammelt der Forscher einige deprimierte Mäuse (fragt nicht, wie Forscher depressive Mäuse erstellen, was Sie nicht wissen wollen) und beginnt mit dem Testen.

Sie prüfen verschiedene Arten von Neuronen und verschiedene Regionen des Gehirns und sehen, was passiert, wenn Sie diese Bereiche und diese Arten von Neuronen stimulieren oder niederdrücken. Einige experimentelle Gruppen werden glücklicher - andere werden deprimierter, die meisten jedoch nicht. Indem der Forscher eingegrenzt wird, welche Populationen miteinander verwandt sind und wie sie das Ergebnis beeinflussen, erstellt der Forscher langsam eine detaillierte, detaillierte Funktionskarte des Gehirns: Isolation der Maschinen der Freude.

Dies ist die Art von Experiment, die die Optogenetik ermöglicht, und bietet den Wissenschaftlern ein tieferes Verständnis der verschiedenen mentalen Funktionen und der Möglichkeiten, wie sie schief gehen können.

Die Optogenetik hat bereits zu interessanten Einsichten in die auditorischen Halluzinationen von Schizophrenie geführt. Nach Ansicht von Dr. Karl Deisseroth von der Stanford University scheint es jetzt wahrscheinlich, dass die Stimmen normale Komponenten des internen Monologs sind, die als äußerer Einfluss missverstanden werden.

“Es kann eine schlecht anerkannte Version innerer Gedanken sein. Irgendwie geht die Information, dass ein Gedanke wirklich von sich selbst kommt, verloren. Es wird als eine fremde Sache betrachtet, eine Stimme, die spricht. […] [Vor der Optogenetik] gab es keine Möglichkeit, dies zu wissen, da es nicht möglich war, [die Zellen] selektiv auf die richtige Zeit zu kontrollieren.”

Diese Arten von Erkenntnissen sind wissenschaftlich wichtig und könnten zu besseren Medikamenten und Therapien führen sowie antike Geheimnisse über die Natur des Bewusstseins und der Intelligenz beantworten. Denkmaschinen: Was Neurowissenschaften und künstliche Intelligenz uns über Bewusstsein vermitteln können Denkmaschinen: Was Neurowissenschaften und Künstliches Intelligenz kann uns Wissen über das Bewusstsein vermitteln Können künstlich intelligente Maschinen und Software beim Bau etwas über die Funktionsweise des Bewusstseins und die Natur des menschlichen Geistes selbst lernen? Weiterlesen .

In naher Zukunft können Ärzte die Erkenntnisse, die sie aus diesen Experimenten ziehen, umdrehen und sie mit Optogenetik bei tatsächlichen Patienten beeinflussen, um die neurologischen Aktivitäten zu beeinflussen, die zu Depressionen beitragen. Die Optogenetik ermöglicht es Ärzten, das Gehirn nicht nur zu studieren, sondern es mit weitaus größerer Präzision zu verändern, als es bisher möglich war.

Einen Sanity-Hut bauen

Leider ist es nicht möglich, die Optogenetik beim Menschen nicht-invasiv anzuwenden. Der Schädel ist einfach zu dick, daher müssen Glasfaserkabel hindurchgeführt werden. Dies ist eine bedeutende Operation und birgt Risiken, die über das hinausgehen, was normalerweise beim Beginn einer psychiatrischen Medikamenteneinnahme anfällt.

Die fraglichen Therapien haben jedoch das Potenzial, viel wirksamer zu sein und weniger Nebenwirkungen zu haben, so dass es sich für viele Patienten wahrscheinlich lohnt. Der Einsatz elektrischer Hirnschrittmacher zur Behandlung schwerer Depressionen wurde bereits erforscht, und die Ergebnisse sind sehr vielversprechend. Zukünftige auf Optogenetik basierende Therapien werden wahrscheinlich weniger invasiv und effektiver sein: Sobald das Gehirn mit richtig positionierten Glasfaserkabeln versehen ist, die möglicherweise durch die Nase eingeführt werden, um eine Schädigung des Schädels zu vermeiden, kann der Rest der Hardware extern aufbewahrt werden Zugriff. Das Implantat selbst (die Glasfaserkabel und Laserdioden) würde nur Strom und ein Steuersignal benötigen, und dies könnte eines Tages drahtlos erfolgen.

Die restliche Hardware (Computer, Akku usw.) könnte möglicherweise extern getragen werden, sodass der Arzt des Patienten die Hardware nach Bedarf neu programmieren kann, ohne dass ein zusätzlicher Eingriff erforderlich ist.

Neben der Korrektur psychischer Erkrankungen bietet die Optogenetik eine wesentlich biokompatiblere und weniger invasive Möglichkeit, Nervenzellen im Gehirn und Körper direkt zu stimulieren als herkömmliche implantierte Elektroden. Dies würde einen großen Beitrag dazu leisten, dass transhumanistische Implantate mit leistungssteigernden Implantaten Plugging In Your Brain machen und Körper - die Zukunft von implantierten Computern Einstecken von Gehirn und Körper - Die Zukunft von implantierten Computern Mit dem aktuellen Trend technischer Innovation und Fortschritt ist jetzt ein guter Zeitpunkt, um den Stand der Technik in Computer-Mensch-Technologien zu erkunden. Lesen Sie mehr praktischer.

Um es klar zu sagen, ist dies alles noch ein weiter Weg: Optogenetik ist ein weit verbreitetes Forschungswerkzeug (wir haben bereits Experimente mit diesem Thema angesprochen, bevor sich das Lichtgedächtnis-Experiment auf Mäuse im Gehirn auswirkt, wie ein MIB-Neuralyzer MIB Neuralyzer Erinnern Sie sich, wann Will Smith und Tommy Lee Jones den Neuralyzer zum Löschen der Erinnerungen der Menschen verwendeten? Nun, Forscher von UC Davis haben erfolgreich bestimmte Erinnerungen innerhalb von Mäusen mit Licht "gelöscht". Weitere Informationen). Seine Rolle als klinische Therapie ist jedoch mindestens ein oder zwei Jahrzehnte entfernt und kann durchaus durch andere Techniken ersetzt werden, die ähnliche Ergebnisse weniger invasiv liefern.

Die Aussicht ist dennoch spannend und einige Anwendungen könnten früher kommen. Zum Beispiel ist es möglich, Optogenetik zu verwenden, um bessere Cochlea-Implantate mit viel größerer Präzision zu bauen.

Ist das nicht alles wirklich unheimlich?

Einige von Ihnen, die dies lesen, ziehen Ihre Alufolie-Hüte schon enger um Ihre Ohren, und das ist völlig gerechtfertigt: Diese Art von Zugang zum Gehirn ist beispiellos außerhalb einer bestimmten Art von hysterischer Science-Fiction. Das Missbrauchspotenzial ist zumindest zur Diskussion wert.

Wenn Sie genug Kontrolle über das Gehirn ausüben können, um Depressionen und Schizophrenie und Persönlichkeitsstörungen zu beheben, können Sie möglicherweise auch genug Kontrolle ausüben, um die sexuelle Orientierung eines anderen Menschen umzuprogrammieren - oder um wilde Kinder und Gefangene zu lobotomisieren. Das Risiko, dass Eltern versuchen, eine solche Technologie einzusetzen, um Identitätsänderungen ihren Kindern aufzuzwingen, eröffnet völlig neue ethische Bedenken, mit denen die Medizin zum ersten Mal zu tun hat.

Darüber hinaus sind viele moderne medizinische Geräte aus einer einfachen Computersicherheitssicht einfach nicht sicher genug und können - manchmal drahtlos - gehackt werden. Diese Art von Kompromiss ist mit einem Schrittmacher beängstigend genug, aber es ist wirklich schrecklich, wenn man bedenkt, dass ein Angreifer ohne Erlaubnis (möglicherweise) einen Affen in seinem Kopf herumtreiben könnte.

Die Wissenschaftler, die an diesen Therapien arbeiten, sind sich dieser Probleme nicht bewusst. Karl Deisseroth hat in demselben oben zitierten Interview denselben Punkt angesprochen:

“Die Besonderheit der Optogenetik wirft die Frage auf, wie genau ein Gehirn gezwungen werden könnte, um wirklich eine Person mit unterschiedlichen Bedürfnissen, Wünschen, Prioritäten, Gefühlen zu schaffen. […] Es gibt auch einen beunruhigenden Aspekt, der Fragen des freien Willens aufwirft.”

Dennoch sind diese Bedenken im Vergleich zu der enormen Anzahl von Menschen, die auf schreckliche Weise unter derzeit unbehandelbaren psychiatrischen Erkrankungen leiden, das Optogenetik hilfreich sein kann, im Vergleich dazu. Diese Technologie ist nützlicher als gefährlich und kann, da sie in den nächsten Jahrzehnten entwickelt wird, die Natur der psychischen Therapie radikal verändern.

Was denkst du? Unheimlich, cool oder irgendwo dazwischen? Hat Optogenetik das Potenzial, Ihnen persönlich zu helfen? Lass es uns in den Kommentaren wissen!

Bildquelle: Neuronen über Shutterstock, “Alufolie,” von Russ Walker

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