Новейшие способы управления сознанием
Нейроимпланты все увереннее внедряются в современную практическую медицину. С их помощью лечат нервные и психические расстройства, болезнь Паркинсона и эпилепсию, дефекты органов зрения и слуха, используют при создании бионических протезов. Несмотря на то, что такая терапия весьма эффективна, она имеет на нынешнем этапе развития ряд "слабых сторон", главные из которых - медленная передача сигналов от имплантата в мозг и отсутствие методики стимуляции четко определенной группы нейронов. Кроме того, это инвазивная терапия, то есть, требующая хирургического вмешательства, что, безусловно, вредно для организма. Поэтому ученые ищут гораздо более эффективные способы "управления мозгом", позволяющие быстро и целево активировать конкретные нейроны. На основе такой методики можно будет создавать принципиально новые способы лечения различных заболеваний и бионические протезы, максимально точно имитирующие работу природных органов.
Самые действенные на сегодня методы стимуляции мозга базируются на оптогенетике. С помощью оптогенетических методов можно наблюдать и контролировать работу генетически обусловленных к реакции на свет нейронов за счет воздействия на них светом. Суть в том, что в нужные нейроны вносят светочувствительные белки, которые заставляют отдельные клетки реагировать на свет. Метод уже активно применяется, например, в лечении дегенеративных заболеваний сетчатки. А в конце августа ученые из Стэнфордского университета представили беспроводные имплантаты, обеспечивающие стимуляцию нервов, управляющих движениями. Разработка позволяет детально исследовать механику движений и механизмы работы мозга, причин его сбоев, нейродегенеративных и психиатрических расстройств, которые эти сбои вызывают. В частности, инновация специалистов из Стэнфорда открыла немало нового по поводу болезни Паркинсона, позволила найти эффективные средства лечения инсульта и понять механику боли. Кроме того, методика поможет изучать природу тревожных состояний и депрессии.
Несмотря на то что у оптогенетики немало преимуществ по сравнению с традиционными методами стимуляции мозга, она не решает основную проблему: свет рассеивается и требует подвода к месту воздействия. К тому же, это инвазивные процедуры. Весьма интересную альтернативу предложили недавно ученые из американского Института исследования медикаментов. Их подход связан с внесением в нейроны тепло-, а не светочувствительных белков. Они продемонстрировали новый минимально инвазивный способ возбуждения нейронов через активацию теплочувствительного рецептора TRPV1 магнитными наночастицами. Когда наночастицы с полимерным покрытием помещают в переменное магнитное поле, они продуцируют и рассеивают тепло, что вызывает обратимое возбуждение нейронов, имеющих TRРV1. Важно, что низкочастотные переменные магнитные поля (100 кГц - 1 МГц) могут проникать вглубь мозга без значительного ослабления и таким образом обеспечивать неинвазивную доставку сигнала.
Технологию испытывали на культурах клеток человека и на животных. Сначала в нейроны подопытных мышей доставляли ген TRPV1. Затем делали инъекцию раствора с магнитными наночастицами, которые присутствовали в мозге животного в течение месяца, позволяя проводить постоянную стимуляцию нейронов без дополнительного вмешательства. Инъекция магнитных наночастиц не оказывает на организм травмирующего воздействия и не вызывает бурного иммунного ответа. Оказалось, что пятисекундного воздействия магнитным полем достаточно для того, чтобы наночастицы подняли температуру в мозге примерно до 43 градусов и активировали целевую группу нейронов. Важно, что охлаждение тканей происходит тоже быстро - за 60 секунд. Такое кратковременное повышение температуры не наносит вред организму. Авторы исследования считают свой подход очень перспективным. Прежде всего, технологию используют для создания новых методик лечения депрессии и неврологических заболеваний.
Однако по-настоящему революционную разработку представили исследователи из Университета Салка, которые разработали эффективную неинвазивную методику стимуляции отдельных нейронов и всего мозга при помощи ультразвуковых импульсов. В отличие от света, низкочастотный ультразвук может распространяться по телу, почти не рассеиваясь. Это особенно важно в тех случаях, когда нужно стимулировать какую-то глубоко расположенную часть мозга, не воздействуя на другие отделы нервной системы.
Метод, который назвали соногенетикой, основан на использовании чувствительных белков-каналов, которые можно легко внедрить в клетки мозга посредством генной инженерии. Каналы открываются при воздействии ультразвукового импульса, позволяющего ионам проникнуть в нейрон и, таким образом, "включить" его. В ходе предыдущих исследований обнаружилось, что ионный канал TRP-4 чувствителен к ультразвуку, и на него можно воздействовать, достигая значительного эффекта.
Опыты проводили на трансгенных червях нематоды. Вводя белок TRP-4 в нейроны с различными функциями, исследователи могли заставить свободно извивающихся червей изменять направление, останавливать их вращение или повысить частоту извиваний в ответ на короткие импульсы ультразвука низкого давления. В ближайшее время ученые планируют создать набор из разных каналов, которые могли бы отвечать на ультразвук различной интенсивности.
В перспективе метод планируется применять на животных и людях. Причем, по словам одного из авторов соногенетики, нейробиолога Стюарта Ибсена из Института Салка в Ла-Хойе, в случае с человеком инвазивные генетические манипуляции, скорее всего, не понадобятся. Вполне вероятно, что нейроны других типов из-за отличающихся белковых каналов и физической структуры по природе чувствительны и контролируются другими последовательностями ультразвуковых импульсов, независимо от того, могут ли они быть генетически модифицированы.
Как бы то ни было, ученые все ближе подходят к созданию максимально простого способа управления сознанием. Разумеется, пока речь идет об использовании таких методик для лечении заболеваний, но потенциально подобные технологии могут применяться в самых разных сферах, в том числе и для коррекции действий человека в соответствии с заданной программой. Не секрет, что различные способы стимуляции мозга уже давно используются Пентагоном - как для лечения психологических травм и нервных расстройств военных, так и для усовершенствования их интеллектуальных способностей и четкого выполнения команд.
