Chociaż eksperymenty dotyczące “kontroli umysłów” na zwierzętach nie są niczym nowym, zwykle polegały na wszczepianiu nieporęcznych elektrod do mózgu, które na dodatek mocno ograniczały swobodę poruszania obiektu doświadczalnego. Teraz naukowcy z koreańskiego Institute for Basic Science (IBS) opracowali metodę ukierunkowania ścieżek w mózgu przy użyciu genetyki, nanocząsteczek i pól magnetycznych – nazywa się Nano-MIND (Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics). Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature Nanotechnology.
Dr Jinwoo Cheon z IBS mówi:
To pierwsza na świecie technologia, która swobodnie kontroluje określone obszary mózgu za pomocą pól magnetycznych. Oczekujemy, że będzie szeroko stosowana w badaniach w celu zrozumienia funkcji mózgu.
Kontrola umysłów bez krępujących ruchy elektrod
Ludzki mózg zawiera ponad 100 miliardów neuronów połączonych w złożoną sieć. Kontrola obwodów neuronowych jest kluczowa dla zrozumienia wyższych funkcji mózgu, takich jak poznanie, emocje i zachowania społeczne, a także dla identyfikacji przyczyn różnych zaburzeń mózgu. Nowa technologia kontroli funkcji mózgu ma również znaczenie dla rozwoju interfejsów mózg-komputer (BCI), takich jak te opracowywane przez Neuralink, których celem jest umożliwienie sterowania urządzeniami zewnętrznymi za pomocą samej myśli.
Chociaż pola magnetyczne są od dawna stosowane w obrazowaniu medycznym ze względu na ich bezpieczeństwo i zdolność do penetracji tkanek biologicznych, precyzyjne kontrolowanie obwodów mózgowych za ich pomocą stanowiło poważne wyzwanie dla naukowców. Technologia Nano-MIND umożliwia bezprzewodowe i zdalne sterowanie określonymi obszarami mózgu w celu modulacji złożonych jego funkcji.
Kluczowa innowacja polega na selektywnej ekspresji nanomagnetoreceptorów w określonych typach neuronów i obwodach mózgowych oraz aktywowaniu ich za pomocą zewnętrznych pól magnetycznych w precyzyjnych momentach, co umożliwia przestrzenno-czasową kontrolę aktywności neuronowej.
Technologia Nano-MIND potwierdziła swoją skuteczność poprzez selektywną aktywację hamujących receptorów GABA w przyśrodkowym obszarze przedwzrokowym (MPOA), który odpowiada za zachowania macierzyńskie. Aktywacja tych neuronów u samic myszy niebędących matkami znacznie zwiększyła zachowania opiekuńcze, takie jak przyprowadzanie młodych do gniazda, podobnie jak u myszy, które były matkami.
Ponadto technologia została wykorzystana do regulacji zachowań żywieniowych poprzez ukierunkowanie obwodów motywacyjnych w bocznym podwzgórzu. Aktywacja neuronów hamujących w tych obszarach spowodowała 100-procentowy wzrost apetytu i zachowań żywieniowych u myszy. Z kolei aktywacja neuronów pobudzających doprowadziła do ponad 50-procentowego zmniejszenia apetytu i zachowań żywieniowych.
Te wyniki pokazują, że technologia Nano-MIND może selektywnie aktywować pożądane obwody mózgowe w celu dwukierunkowej modulacji wyższych funkcji mózgu, torując drogę postępom w neuronauce i potencjalnym zastosowaniom terapeutycznym.