У мозок миші імплантували галюцинації за допомогою світла

Науковці імплантували у мозок мишей візуальні галюцинації, стимулюючи світлом жменьку нейронів у візуальній корі. Дослідження може стати проривом у розумінні того, як мозок інтерпретує та розшифровує зорові сигнали, і, можливо, дозволить створити пристрої, які повернуть сліпим зір. Стаття з його описом вийшла 18 липня у журналі Science. 

Для експерименту автори дослідження використали технологію, відому як оптогенетика, яка стимулює окремі нейрони в мозку за допомогою світлових імпульсів. Піддослідних мишей спершу генетично модифікували у такий спосіб, щоб їхні нейрони продукували білок, який змушував їх активізуватися під впливом світла.

Нейронауковець Карл Дейзерот зі Стенфордського університету в Каліфорнії та його колеги у такий спосіб спробували імплантувати зображення у зорову кору — ділянку мозку, яка опрацьовує сенсорну інформацію, що поступає від сітківки ока.

Команда Дейзерота показала мишам зображення вертикальних та горизонтальних ліній і натренувала їх облизувати ємність з водою, коли вони бачили вертикальні. При цьому вчені спостерігали за активністю мозку тварин і фіксували, які нейрони активізувались, коли миші бачили вертикальні лінії. Врешті-решт вони встановили приблизно двадцять клітин у кожної тварини, які, як виглядало, міцно асоціювались із цим зображенням.

Щоби викликати у мишей візуальні галюцинації, дослідники освітили лише ці нейрони та змусили їх активізуватись. Це спонукало тварин облизати ємність з водою, ніби вони насправді бачили вертикальні лінії, хоча й перебували при цьому у цілковитій темряві. Миші не вчиняли цієї дії, коли вчені стимулювали нейрони, пов’язані з горизонтальним зображенням.

Президент Інституту нейронауки ім. Пола Аллена у Сієтлі (Вашинґтон) Крісоф Кох називає ці дослідження технічним проривом в оптогенетиці й порівнює з “грою на фортепіано розуму”.

Своєю чергою, Аніл Сет, нейронауковець із Сассекського університету в Брайтоні (Сполучене Королівство), зауважив, що наразі незрозуміло, “побачили” миші вертикальні лінії свідомо чи підсвідомо. За його словами, щоб це встановити, потрібен окремий поведінковий тест. Вчений, однак, вважає, що метод має велике майбутнє, адже за його допомогою вчені можуть маніпулювати мозком, а не лише пасивно за ним спостерігати. Зрештою, можна очікувати навіть появи протезів, які імплантуватимуть сенсорну інформацію прямо у мозок.

Зі свого боку, автор дослідження Карл Дейзерот був дуже здивований, що стимуляція усього двадцяти нейронів змусила мишей “побачити” галюцинації. Оскільки така кількість нервових клітин може активізуватися спонтанно, він дивується, чому миші не бачать “видінь” постійно.

Натомість Крістоф Кох стверджує, що ці клітини у візуальній корі можуть лише запускати набагато складніший нервовий механізм, який використовує мозок, щоби сприймати та інтерпретувати зображення. Вони — це такий собі спусковий гачок каскаду нейронів. При цьому інші нейрони розпізнають зображення у контексті та оцінюють його значення. У деяких випадках, як-от сновидіння, мозок може продукувати зображення навіть без жодних вхідних сигналів з боку очей.

Наступний виклик для команди Дейзерота — встановити, як нейрони, які реагують на специфічні зображення, під’єднуються до ділянок мозку, що інтерпретують значення. «Ми перебуваємо лише біля поверхні цієї сфери», — каже науковець.

Техніка, яку розробили науковці, доповнює нейрони специфічними білками, які чутливі до тьмяних червоних імпульсів світла. Вчені сподіваються, що цей клас білків дозволить їм досліджувати й інші функції нейронів, пов’язані зі сприйняттям як інших візуальних факторів, таких як кольори та форми, так і звуку та дотику.

Оптогенетика ще далека від застосування у медицині, хоча й проводяться дослідження інших методів посилення відчуттів шляхом стимулювання ділянок людського мозку.  Зокрема, компанія з Лос-Анджелеса “Другий зір” у червні розкрила результати клінічних випробувань пристрою, який за допомогою електродів, імплантованих у візуальну кору, повертає сліпим людям деякі аспекти зору. Електроди стимулюють мозок у відповідь на інформацію, яка надходить із камери, розташованої біля ока людини.

Завдяки цьому пристрою шестеро людей змогли побачити білий квадрат на чорному екрані. У компанії сподіваються, що одного дня за допомогою їхньої розробки можна буде передавати складну візуальну інформацію прямо у мозок, повертаючи людям зір.

Sara Reardon

Hallucinations implanted in mouse brains using light

Nature, 18/07/2019

Зреферував Є. Л.