Контроль мозга с помощью света

Вивиана Градинару однажды может попасть в твою голову, но в хорошем смысле. Доцент кафедры биологии в Caltech, Градинару, пытается отобразить схемы электропроводки мозга.

В: Что вы делаете?

A: Я невролог. Я пытаюсь понять мозг, поворачивая нервные клетки в определенных контурах или выключая их и видя, что такое эффекты. Это очень сложно при использовании обычных методов, одним из которых является установка электрода и пропускание тока, который стимулирует все клетки в окрестности недискриминационным образом.

Вместо этого мы вводим модуляторы в четко определенные наборы ячеек. Эти модуляторы являются светочувствительными белками, называемыми opsins, подобными родопсину, который является частью визуальной системы в вашем глазу. Opsins формируют каналы в клеточной стенке, а когда они поглощают свет, они меняют форму и позволяют ионам течь в клетку или из нее. Таким образом, используя различные opsins, мы можем либо ингибировать, либо возбуждать нейроны обратимым образом. Нейроны, естественно, не реагируют на свет, поэтому, когда мы освещаем мозг через волоконно-оптическую нить, мы точно знаем, какие клетки мы затрагиваем. Мы используем генную инженерию для внедрения наших оптических переключателей в разные типы клеток. Это почти так же, как предоставление почтовым индексам опсинам, чтобы они точно сказали, куда идти.

Вопрос: Как вы попали в эту работу?

A: Когда я был студентом здесь, в Caltech, я провел очень обширный исследовательский проект в лаборатории профессора Пола Паттерсона. Именно там я влюбился в неврологию. Это началось как проект SURF [Летнее студенческое научное стипендирование], и я остался в своей лаборатории, пока не окончил.

Так получилось, что я работал над проектом с двигателем-беспорядком – по беспорядку Хантингтона, пытаясь понять, что вызывает болезнь. Я работал над агрегацией белка в культивируемых клетках, потому что агрегация белка была известным феноменом в дегенерированных нервных клетках в расстройстве Хантингтона. Тем не менее, я мог видеть, насколько удаленный от реальности. Работа в блюде. И я чувствовал: «Мы должны делать это в реальной жизни». Но инструменты были недоступны.

Когда я переехал в Стэнфорд для моей работы в PhD, появилась новая лаборатория. Профессор Дейссерот начал работать в этом же году, и его лаборатория разработала эту технологию, а также придумала для нее название оптогенетики. Я хотел посмотреть на схемы, связанные с двигательным поведением, поэтому я присоединился к его лаборатории для работы над беспорядком Паркинсона. Однако технология была довольно ранней, и я в конечном итоге потратил много времени на ее совершенствование, прежде чем я смог исследовать схемы. Но это стоило того: я понял ценность создания собственных инструментов.

В: Что это говорит нам, что мы можем обращаться к людям?

О: Мы можем узнать больше о схеме, лежащей в основе определенного заболевания, и, поняв схему, у нас есть лучший шанс справиться с самой болезнью. Паркинсон – интересный пример. Очень хорошая терапия для лечения Паркинсона после лечения наркотиками прекращает работу – имплантировать электроды в моторные центры головного мозга. Закрепление этих клеток мозга на 100 Гц – очень высокая частота – заботится о тремоте и позволяет людям ходить снова, что довольно чудесно. Он работает очень хорошо, но мы не понимаем, почему он работает, потому что электрическая стимуляция неспецифична. Мы не знаем, какие схемы затронуты. Оптогенетика может помочь здесь, как инструмент для получения информации о здоровом мозге и больном мозге.