Исследователи разработали удаленный, неинвазивный метод выборочного управления нейронами мозга с помощью магнитных полей. Этот метод открывает дверь к более глубокому пониманию функций мозга и, возможно, новым методам лечения расстройств.
В недавно опубликованном исследовании ученые из Института фундаментальных наук (IBS) и Университета Ёнсе (оба в Южной Корее) протестировали разработанную ими технологию, которая позволяет удаленно и точно манипулировать определенными участками мозга с помощью магнитных полей.
«Это первая в мире технология, позволяющая свободно контролировать определенные области мозга с помощью магнитных полей», — сказал Чон Джинву из Центра наномедицины в IBS, кафедры нанобиомедицинской инженерии в Университете Ёнсе и соавтор исследования. «Мы ожидаем, что она будет широко использоваться в исследованиях для понимания функций мозга, сложных искусственных нейронных сетей, технологий двустороннего BCI [интерфейса мозг-компьютер] и новых методов лечения неврологических расстройств».
Передовая технология исследователей называется Nano-MIND (что означает Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics). В то время как оптогенетика, которая управляет нейронами с помощью света, и электрическая глубокая стимуляция мозга, используемая для лечения болезни Паркинсона, требуют имплантации инвазивных электродов в мозг, магнитогенетика является беспроводной, дистанционно управляемой технологией.
Технология Nano-MIND основана на магнитных полях и намагниченных наночастицах . Определенные типы нейронов генетически модифицированы для экспрессии «магниторецепторов», которые притягивают введенные намагниченные наночастицы к своей поверхности. Нейроны активируются, когда крошечные магниты, прикрепленные к рецепторам, скручиваются в ответ на очень слабые, приложенные извне вращающиеся магнитные поля.
Исследователи протестировали Nano-MIND на свободно перемещающихся мышах, чтобы увидеть, могут ли они модулировать социальное поведение и кормление. В одном эксперименте они выборочно активировали ингибирующие рецепторы ГАМК в нейронах медиальной преоптической области (mPOA) гипоталамуса, области, которая считается центральной для родительства. Когда нейроны были активированы у самок мышей, не являющихся матерями, поведение заботы — приближение и извлечение детенышей мышей — значительно усиливалось, при этом наблюдалось более чем четырехкратное увеличение времени ухода. Контрольные мыши не проявляли интереса к детенышам.
В другом эксперименте исследователи нацелились на контуры в латеральном гипоталамусе, сложном регионе мозга, участвующем в регуляции многих физиологических процессов, включая питание. Активация тормозных нейронов в этом регионе привела к 100% увеличению аппетита и пищевого поведения; тогда как активация возбуждающих нейронов снизила аппетит и пищевое поведение более чем на 50%.
Исследователи утверждают, что их эксперименты показали, что технология Nano-MIND может избирательно активировать определенные нейроны и цепи для модуляции высших функций мозга, что открывает путь к прогрессу в области нейронауки и потенциалу терапевтического применения.
В статье , комментирующей исследование, доктор философии Феликс Лерой из Института нейронаук Аликанте, Испания, сказал, что, хотя технология «предлагает такие преимущества, как беспроводные и долгосрочные возможности стимуляции, которые могут произвести революцию в этой области, позволяя неинвазивно и точно манипулировать активностью мозга, включая глубокие и отдаленные области», исследование имеет свои ограничения. Наиболее существенным является то, что долгосрочные эффекты магнитогенетической стимуляции, оказывающей повторяющиеся механические силы на поверхность клетки, неизвестны и требуют дальнейшего изучения.
