Оптогенетика. Или как управлять памятью при помощи света

Это может показаться научной фантастикой, но нейробиологи в настоящее время могут манипулировать активностью определенных нейронов в мозге, используя только свет.

Используя определенные длины волн света можно произвольно включать и выключать нейроны, благодаря методам, которые называются оптогенетикой. Как показали исследования, можно применить эту же технику для манипулирования памятью у животных. Попробуем разобраться, как работает этот метод и как используется оптогенетика для манипулирования памятью, а также что мы можем ожидать от его прикладной реализации.

Стирание воспоминаний вспышкой света, как в фильме “Люди в черном”, может быть уже совсем не за горами. И главный виновник этой возможности – водоросли.

Давно известно, что одноклеточные водоросли способны контролировать поток ионов через мембрану с помощью света. Это особенно актуально для нейрональной активности, которая также определяется потоком положительного и отрицательного заряда. Если внутренняя часть нейрона становится положительно заряженной, она “активирует” нейрон, а при отрицательном заряде – нейрон будет находится в невозбужденном состоянии. Таким образом, эту особенность водорослей можно применить для включения и выключения нейронов, используя только свет.

Механизм этого процесса стал понятен только в 2002 году, когда исследователи определили ключевой протеин, регулирующий активацию – канальный родопсин ChR2. При воздействии синего света канальный родопсин позволяет положительному заряду войти в клетку, что приводит к ее активации. Ученым из Стэнфорда потребовалось три года, чтобы успешно применить эту технологию для клеток нейронов и контролировать их активность, поэтому к 2005 году уже появилась самая ранняя форма оптогенетики.

Использование этого белка у животных – довольно сложная задача, поскольку ChR2 должен быть записан в их ДНК. Этого можно достичь либо путем генетической модификации животных, созданных с особенностями экспрессии этого белка, либо путем введения вируса, который может изменить ДНК в нужной области.

Некоторые вирусы могут изменять ДНК клеток, в которые они проникают. Используя такой подход, исследователи вводят вирус в интересующую их область мозга, и через 1-2 месяца начнется репликация нужного белка. Самым удивительным аспектом этой методики является ее простота. Когда потребуется оказать воздействие на деятельность определенного участка мозга, исследователи просто направят лазерный луч на эту область.

Одним из практических применений созданной технологии может стать воздействие на память, позволяющее стереть “плохие” воспоминания о психотравмирующих событиях. Работа над прикладной реализацией этой технологии уже началась.