Нейробиологи научились управлять нейронами при помощи ультразвука

Нейробиологи из Института биологических исследований им.Салка (Калифорния, США) представили новую технику выборочной стимуляции нейронов под названием соногенетика. В своей работе они утверждают, что получили возможность неинвазивно активировать нейроны при помощи ультразвука.

Для изучения работы мозга биологи уже несколько лет назад разработали схему включения нужных нейронов при помощи света. В клетку придумали вводить ген натриевого канала, реагирующий на фотоны. Если посветить на клетку, в неё начинают поступать ионы натрия, что и возбуждает нейрон. Правда, с успокоением нейронов справляться пока не научились – для успокоения клетки выпускают наружу ионы калия, но таких управляемых светом каналов в природе ещё не обнаружено.

Это изобретение сразу же продвинуло вперёд нейробиологию. Учёные бросились к мышам и спешно стали ставить один эксперимент за другим, познавая устройство мозга. Им удалось отследить процесс формирования памяти, включать и выключать болевые рецепторы, симулировать эффекты воздействия наркотиков и даже включать и выключать эрекцию. Правда, все эти исследования проводились пока только на мышах. Ведь самая главная проблема этого метода – необходимость проделывать канал в черепе и мозгу для подвода оптики.

Изобретатель технологии соногенетики, Шрикант Чаласани, ассистент-профессор в лаборатории молекулярной нейробиологии, утверждает, что предложенный им ультразвуковой метод способен активировать нужные нейроны. При этом ультразвук проникает через кожу и кости черепа, не затрагивая никакие другие клетки тела.

«Мы считаем, что использование ультразвука для неинвазивной активации нейронов можно широко применять для расшифровки нервных путей на мозге, заключённом в неповреждённую оболочку из черепа и кожи».

Другим заявленным преимуществом технологии является возможность активации различных групп нейронов, поскольку возможности изменения частоты звука превышают набор длин волн света, на которые реагируют нейроны в оптогенетике.

Для использования этой технологии также требуется добавление дополнительного гена в клетки. Исследователи нашли, что белок TRP-4, встречающий в природе у беспозвоночных, чувствителен к ультразвуку. Добавив этот белок при помощи вируса в организм популярных у исследователей червей-нематодов C. Elegans, учёные смогли создать несколько нейронов, чувствительных к ультразвуку. Например, в одном из экспериментов удалось заставить червя развернуться, подавая определённые ультразвуковые импульсы.

{youtube}xXsjBgYkhZE{/youtube}

И хотя белок TRP-4 не встречается у мышей и людей, это не значит, что новая технология для нас бесполезна – учёный утверждает, что можно, добавив соответствующие гены, заставить клетки производить этот белок.

В связи с этим, пока применение технологии на позвоночных животных и человеке лишь гипотетическое. Кроме того, поскольку свет распространяется быстрее звука, а процессы в человеческом мозгу происходят достаточно быстро, управление нейронами будет возможно не для всех процессов. Скорее всего, как предполагает Чаласани, технологии соногенетики и оптогенетики будут дополнять друг друга.