Проецируемое световое изображение показывает ячейки (зеленым), которые включаются дистанционно с использованием магнитных полей. Клетки мозга были расположены в полосатом теле, области мозга мыши, которая, как известно, опосредовала движение.
Используя магнитные поля, ученые могут активировать определенные клетки мозга у мышей и заставлять их работать, вращаться и замораживаться, показывают новые исследования.
Это может помочь ученым точно определить, какие клетки животные используют для определенных видов поведения, что в свою очередь помогает ученым точно определить, какие области мозга вовлечены в те же самые поведенческие действия у людей, — сказал Арнд Пралле, биофизик из Университета Буффало в Нью-Йорке Йорк.
Основная цель — разработать инструменты, которые помогут ученым изучать мозги лабораторных животных, чтобы понять, как они кодируют эмоции и поведение, — сказал Пралле. «Мы можем многое перевести на человеческие мозги», — добавил он.
Контроль мозга
Ученые использовали имплантированные электроды для управления движением и мыслями обезьян, в то время как другие имеют генно-инженерные схемы мозга, которые включаются с помощью луча лазерного излучения. Имплантаты мозга даже позволили одной обезьяне контролировать движения другой. Однако эти методы включают либо имплантацию электродов в мозг, либо жесткую проводку громоздкого кабеля в мозг. Но эти процедуры могут нанести ущерб животным и, по сути, удерживать их привязанными к кабелю все врем.
Транскраниальная магнитная стимуляция, тем временем используется для лечения депрессии, которая не реагирует на лекарства, но она действует на широкую область мозга и не ориентирована на конкретные сети. Однако ученые все еще не совсем понимают, почему это работает.
В этом исследовании Пралле и его коллеги использовали магнитные поля для включения отдельных клеток мозга. Обычно магнитные поля проходят через биологическую ткань, не затрагивая ее, поэтому команде нужен способ перевода магнитной стимуляции в тепловую энергию. Для выполнения этой задачи они вводили крошечные магнитные наночастицы, которые переводили колебательные магнитные поля в тепловую энергию. Эти наночастицы затем защелкиваются на поверхности клеток мозга. Когда клетки нагреваются, чувствительные к температуре каналы на нейронах открываются, затопляя каналы положительными ионами (заряженными частицами) и заставляя нейроны стрелять. (Обычно у мышей очень мало теплочувствительных каналов в мозгу, поэтому команда генетически разработала мышей для переноса этих каналов.)
Используя этот метод, команда манипулировала определенными движениями мышей, заставляя их вращаться, бегать и даже замирать и терять контроль над их конечностями.
По словам Пралле, новый метод имеет преимущества перед другими методами манипулирования мозговой функцией у животных. Например, используемое ими магнитное поле работает в большей области мозга, что означает, что они могут одновременно нацеливаться на отдельные области мозга. Он добавил, что у приматов часто нужно активировать несколько областей мозга для выполнения определенных задач.
Техника, использующая генетическую инженерию и наночастицы, не предназначена для использования в мозгах человека и, конечно же, не для манипулирования или контроля над людьми на людях, сказал Пралле. Вместо этого, индуцирование определенных видов поведения у животных является способом определения областей мозга, ответственных за эти задачи.
Однажды понимание мозговой функции, полученной от этих животных, могло бы определить мозговые цепи, необходимые для лечения таких состояний, как депрессия у людей.
«Мы могли бы использовать разные методы для стимуляции мозга», — сказал Пралле. «Но зная, какая схема делает это, вам не нужно копаться».
