Brain control de luz: es posible con la optogenética

Los científicos médicos han estado estudiando el cerebro durante más de quinientos años - y, después de todo ese tiempo, el órgano enigmática todavía tiene un montón de secretos. Por último, a lo largo sólo en los últimos años, una nueva técnica llamada “optogenética” está emergiendo, que puede ayudar a los científicos a desentrañar los secretos del cerebro (y tratar sus trastornos) de una forma totalmente nueva.

¿Por qué necesitamos optogenética?

En muchos sentidos, es sorprendente que la medicación psiquiátrica funciona en absoluto. El estado del arte - el mejor ciencia moderna puede hacer - asciende a sumergir el cerebro en un baño químico, y con la esperanza de que lo hace la única cosa que nos interesa ... Y que tipo de obras.! A veces.

Existen medicamentos que son muy poderosos para el tratamiento de la depresión, TOC, trastorno bipolar y la enfermedad de Parkinson. A menudo son plagados de efectos secundarios desagradables. Los medicamentos que no funcionan bien a menudo fueron descubiertos por nada más que ensayo y error. En muchos casos, los científicos no tienen una comprensión detallada de cómo funciona el cerebro para lograr la función normal - o cómo funciona cuando está funcionando mal. Estas lagunas de conocimiento son difíciles de abordar por medio de formas tradicionales de estudiar el cerebro, y limitar la capacidad de desarrollar terapias eficaces.

Lo que los psiquiatras y neurólogos realmente me gustaría es el acceso total de lectura y escritura para el cerebro: la capacidad de alcanzar dentro de la cabeza de alguien y excitar o suprimir grupos arbitrarios de neuronas, con una resolución de una sola neurona, dejando a aislar las poblaciones que son disfuncionales y corregir sus el comportamiento en tiempo real. Por desgracia, el agrietamiento cabeza de alguien abierto y el tendido de cables a cada neurona es poco práctico.

La promesa de la optogenética es que en realidad puede dejar que los médicos alcanzar algo cercano a ese tipo de acceso.

Cómo los científicos utilizan la luz para controlar el Cerebro

Así es como funciona: en primer lugar, los investigadores inyectan al sujeto con un virus genéticamente modificado, diseñado para infectar el tejido cerebral. Cientos de miles de copias del virus inundan el cerebro, la inyección de sus cargas útiles en las células nerviosas, ya que ellos se encuentran.

Estos virus no son perjudiciales: en lugar de la entrega de una, carga maliciosa auto-replicante, estos virus han sido diseñados por los científicos para entregar una cadena de ADN benigna que codifica para proteínas de superficie especiales que responden a longitudes de onda específicas de la luz. Los virus simplemente sirven jeringas desechables como para entregar el DNA especial a las células.

Las neuronas incorporan este ADN especial, y, si las condiciones son proteínas adecuadas, expresa de superficie que hacen que se disparan cuando se estimula con luz - los mismos tipos de proteínas que son utilizados por las células de la retina humana para detectar la luz y formar imágenes. Al alterar el ADN para ser más selectivos acerca de cuando se expresa, los científicos pueden elegir qué tipos de neuronas (hay miles de variedades) expresan la proteína de la superficie y responderán a la luz.

A continuación, controlando cuidadosamente donde la luz se brilla en el cerebro, los lugares específicos que son estimuladas o deprimidos pueden ser controlados con precisión inferior al milímetro, un grado de control que nunca ha sido posible anteriormente. Aún mejor, muchas áreas del cerebro puede ser afectada sin necesidad de cortar en o de hilos de cables a través de la materia cerebral, haciendo el procedimiento mucho más seguro que las formas convencionales de la estimulación cerebral.

Según Ed Boyden, profesor de bioingeniería y la neurociencia en el MIT,

Si usted puede controlar las células en el cerebro, se puede averiguar lo que su poder es, lo que puede influir - y, también, si se puede controlar las células en el cerebro puede corregir estados cerebrales aberrantes, y se pueden crear nuevos tipos de terapia , resculpting los cálculos que han salido de control en un trastorno neurológico o psiquiátrico

Usted puede ver una conferencia bastante técnico (pero muy interesante) sobre las técnicas y metodología a continuación:

¿Qué se puede hacer con optogenética?

Imagine que un investigador quiere entender mejor cómo funciona la depresión. Por lo tanto, el investigador recoge algunos ratones deprimidos (no preguntar cómo los investigadores crean ratones con depresión, que no quiere saber), y comienza la prueba.

Ellos revisan los diferentes tipos de neuronas, y diferentes regiones del cerebro, y ver lo que sucede cuando se estimular o deprimir las zonas y los tipos de neuronas. Algunos grupos experimentales reciben más feliz - algunos se ponen más deprimidos: la mayoría lo hace ninguno. Por la reducción a la que las poblaciones se relacionan, y cómo afectan el resultado, el investigador construye lentamente un mapa de profundidad y detallado funcional del cerebro: el aislamiento de las maquinarias de la alegría.

Este es el tipo de experimento que permite la optogenética, y se destaca a dar a los científicos una comprensión más profunda de las diferentes funciones mentales y las formas en que pueden salir mal.

Ya, la optogenética ha dado lugar a algunas ideas interesantes sobre los posibles alucinaciones auditivas de la esquizofrenia. Según el Dr. Karl Deisseroth de la Universidad de Stanford, ahora parece probable que las voces son, de hecho, los componentes normales del monólogo interior está mal interpretados como influencia externa.

“Puede ser una versión poco reconocido de pensamientos internos. De alguna manera la información que un pensamiento es muy próximos de uno mismo se pierde. Es visto como algo extraño, un hablar voz. [...] [Antes de la optogenética] no había manera de saber esto porque no había manera de controlar selectivamente [las células] en la escala de tiempo correcto “.

Este tipo de ideas son científicamente importante, y podría conducir a mejores fármacos y terapias, así como responder a los misterios antiguos sobre la naturaleza de la conciencia y la inteligencia.Máquinas pensar: ¿Qué Neurociencia e Inteligencia Artificial puede enseñarnos sobre la concienciaMáquinas pensar: ¿Qué Neurociencia e Inteligencia Artificial puede enseñarnos sobre la concienciaPueden construir máquinas con inteligencia artificial y el software nos enseñan acerca del funcionamiento de la conciencia, y la naturaleza de la propia mente humana?Lee mas

En un futuro cercano, los médicos pueden ser capaces de tomar las percepciones que reciben de estos experimentos, dar la vuelta y utilizar la optogenética en pacientes reales para influir en las actividades neurológicas que están contribuyendo a la depresión. Optogenética permite a los médicos no sólo para estudiar el cerebro, sino también para alterar con mucha más precisión que con anterioridad ha sido posible.

La construcción de un sombrero de la cordura

Por desgracia, es probable que no sea posible utilizar la optogenética en los seres humanos de forma no invasiva. El cráneo es simplemente demasiado gruesa, por lo que es necesario para alimentar a cables de fibra óptica a través de ella. Esta es una cirugía mayor y tiene riesgos asociados a ella, por encima y más allá de lo que normalmente participan en el inicio de un curso de la medicación psiquiátrica.

Sin embargo, las terapias en cuestión tienen el potencial de ser mucho más eficaces y tienen menos efectos secundarios, por lo que es probable que valga la pena para muchos pacientes. Ya ha habido investigaciones sobre el uso de marcapasos eléctricas del cerebro para tratar la depresión severa, y los resultados son muy prometedores. terapias futuras basadas en optogenética serán probablemente menos invasiva y más eficaz: una vez que el cerebro está aparejado con cables de fibra óptica colocadas en forma adecuada, tal vez insertados a través de la nariz para evitar que se supere el cráneo, el resto del hardware puede ser almacenada externamente, para una fácil acceso. El implante en sí (los cables de fibra óptica y diodos láser), sólo necesitaría poder y una señal de control, lo que podría estar previstos uno día de forma inalámbrica.

El resto del hardware (el equipo, la batería y así sucesivamente) podría potencialmente ser usado externamente, lo que permite al médico del paciente para reprogramarlo, según sea necesario, sin necesidad de cirugía adicional.

Más allá de la corrección de la enfermedad mental, optogenética también proporciona una forma mucho más biocompatible y menos invasivo para estimular directamente los nervios células en el cerebro y el cuerpo de electrodos implantados convencionales, que iría un largo camino hacia la fabricación implantes para mejorar el rendimiento transhumanista de estilo mas practico.Enchufar el cerebro y el cuerpo - El futuro de los ordenadores implantadosEnchufar el cerebro y el cuerpo - El futuro de los ordenadores implantadosCon la tendencia actual de la innovación técnica y el progreso, ahora es un buen momento para explorar el estado del arte en tecnologías humano-computadora.Lee mas

Para ser claros, esto es todo aún un largo camino por fuera: optogenética es una herramienta de investigación ampliamente utilizada en este momento (que hemos experimentos cubiertos utilizando antes). Sin embargo, su papel como terapia clínica es al menos una o dos décadas de distancia, y así pueden ser reemplazadas por otras técnicas que pueden proporcionar resultados similares menos invasiva.

Vídeo: Funcionamiento de las Opsinas y su aplicación en Optogenética

Sin embargo, la perspectiva es emocionante, y algunas aplicaciones puede llegar antes. Por ejemplo, es posible utilizar la optogenética para construir mejores implantes cocleares con mucha mayor precisión.

Esto no es realmente asustadizo Todo?

Algunos de los que lean esto ya están sacando sus sombreros de papel de aluminio más fuerte alrededor de sus oídos, y eso es todo justo: este tipo de acceso al cerebro no tiene precedentes, fuera de una determinada marca de histérica ciencia ficción. El potencial de abuso es al menos vale la pena discutir.

Si puede ejercer suficiente control sobre el cerebro para corregir los trastornos de depresión y la esquizofrenia y de la personalidad, es posible que también sea capaz de ejercer el control suficiente para reprogramar la orientación sexual de una persona - o lobotomizar niños y prisioneros ruidosos. Los riesgos de los padres que tratan de utilizar esta tecnología para forzar cambios de identidad a sus hijos es uno que se abre completamente nuevas preocupaciones éticas que la medicina estará tratando por primera vez en la historia.

Más allá de eso, desde una simple perspectiva de la seguridad informática, muchos dispositivos médicos modernos son simplemente no lo suficientemente seguros y pueden ser pirateadas, en algunos casos de forma inalámbrica. Ese tipo de compromiso es bastante aterrador con un marcapasos, pero se pone muy horrible cuando se tiene en cuenta la posibilidad de que un atacante podría mono (potencialmente) por el interior de la cabeza sin permiso.

Los científicos que trabajan en estas terapias no son conscientes de estos problemas. Karl Deisseroth, en la misma entrevista citada anteriormente, planteó el mismo punto:

“La especificidad de la optogenética plantea la cuestión de cómo precisamente se podría ajustar un cerebro para crear realmente un individuo con diferentes necesidades, los deseos, las prioridades, los sentimientos [...] hay un aspecto inquietante, también, lo que plantea problemas de libre albedrío.”

Sin embargo, estas preocupaciones palidecen en comparación con la enorme cantidad de personas que sufren terriblemente a causa de enfermedades psiquiátricas actualmente intratables que la optogenética tiene el potencial de ayudar. Esta tecnología es más útil de lo que es peligroso, y, a medida que se desarrolla durante las próximas décadas, puede cambiar radicalmente la naturaleza de la terapia de salud mental.

Vídeo: Method of the Year 2010: Optogenetics - by Nature Video

¿Qué piensas? Asustadizo, fresco, o en algún punto intermedio? Qué optogenética tienen el potencial de ayudar a usted, personalmente? Háganos saber en los comentarios!