Биологи подчинили мышей своей воле с помощью крошечных светодиодов

Пластиковая лента продета в ушко обычной иголки. На кончике миниатюрного устройства светодиод, электроды и сенсоры, которые можно внедрить в любой орган

Пластиковая лента продета в ушко обычной иголки. На кончике миниатюрного устройства светодиод, электроды и сенсоры, которые можно внедрить в любой орган
(фото John Rogers, University of Illinois/Beckman Institute).

Исследователи из университета Вашингтона (Washington University) и университета Иллинойса в Урбане-Шампейне (University of Illinois at Urbana-Champaign) создали крошечные светодиоды, которые подсветили отдельные нейроны мышиного мозга. Таким образом учёные смогли активировать клетки, отвечающие за выработку гормона удовольствия — допамина.

С помощью новой методики американцы хотят научиться определять, какие части мозга и как работают, если грызун спит, нервничает, у него депрессия или зависимость. О своей разработке в области оптогенетики они отчитались в журнале Science.

Новизна исследования в том, что учёные смогли с помощью света заставить работать именно ту нейронную сеть, которая им была нужна, при этом не обездвиживая животное. В данном случае это были клетки, которые привели к выработке допамина. (Для того чтобы нейроны подчинялись воздействию излучения, биологи генетически модифицировали мышей.)

Ранее исследователям приходилось привязывать грызунов, лишая их подвижности и возможности проявить естественное для них поведение. Обездвиживание было необходимо для того, чтобы подвести оптоволоконные каналы, передающие свет, к нужному участку в глубине мозга.

С новым микроскопическим устройством в голове мыши могут свободно передвигаться, их можно запустить в лабиринт или на колесо.

Так, американцы научили грызунов засовывать свой нос в определённую дырку в стенке лабиринта. Когда мышь делала всё правильно, светодиоды в имплантированном устройстве включались и активировали нейроны, мышь получала дозу допамина (то есть включалась природная система вознаграждения за определённое действие).

Пластиковая лента продета в ушко обычной иголки. На кончике миниатюрного устройства светодиод, электроды и сенсоры, которые можно внедрить в любой орган (фото John Rogers, University of Illinois/Beckman Institute).

"Мы использовали светодиоды, которые активировали нейронные сети и заставляли грызуна почувствовать удовольствие, как если бы мы ели шоколад или занимались сексом, — поясняет Джордан Макколл (Jordan G. McCall) из университета Вашингтона – Мыши быстро научились совать свой нос в нужную дырочку, хотя они не получали за это никакой награды, в виде еды, например. Кроме того, они предпочитали находиться в той части лабиринта, что располагалась рядом с дыркой".

Американские исследователи полагают, что в дальнейшем их методику можно будет использовать для активации других нейронных сетей, а значит, и других подобных исследований. Кроме того, существуют технологии воздействия сразу на несколько нейронных сетей с помощью света разного цвета. Если приспособить микроскопические светодиоды для подобных целей, биологи научились бы воспроизводить комплексное поведение животных. А ещё свет может активировать работу периферических нейронов в других органах, таким образом можно было бы устранять болевые ощущения. Ну и наконец, крошечные светодиоды оборудованы датчиками температуры и сенсорами электрической активности.

Команда адъюнкт-профессора Майкла Бручаса (Michael R. Bruchas) и профессора Джона Роджерса (John A. Rogers), которой принадлежит нынешнее достижение, сейчас пробует воздействовать на нейронные сети грызунов, определяющие их социальное поведение и сопутствующие процессы. Таким образом учёные хотят научиться бороться с такими нарушениями, как депрессия и повышенная тревожность.

"Мы надеемся, что подобные устройства помогут нам лучше понять, какие нейронные сети отвечают за стресс и боль, а значит, мы научимся эффективнее их лечить", — заключает Бручас.

Также по теме:
Учёные сделали обезьян умнее с помощью света
Крыс излечили от кокаиновой зависимости при помощи лазера
Учёные нашли в коже мышей "клетки удовольствия"
Энтомологи открыли у мух необычную связь между нейронами
Имплантат восстановил мозговую деятельность у обезьян
Учёные создали полностью прозрачный мозг