Ученые впервые в мире смогли дистанционно управлять поведением мышей с помощью наночастиц

В ходе исследования мыши, в мозг которых вживили «переключатели», управляемые наночастицами, при одном лишь щелчке магнитного поля начинали больше питаться и общаться между собой, а также заботиться о потомстве. Эксперименты с «контролем сознания» на животных далеко не новы, но, как правило, основаны на использовании громоздких электродов, требующих хирургического вмешательства, и ограничивают свободу передвижения подопытного.

Ученые из Института фундаментальных наук (IBS) в Корее разработали метод воздействия на проводящие пути в мозге с помощью комбинации генетики, наночастиц и магнитного поля. Утверждается, что это прорыв в неврологии. Технологию назвали Nano-MIND (аббревиатура от Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics). И хотя «контроль над разумом» — это грубый, но при этом относительно точный способ ее описания, система в ее нынешнем виде призвана предоставить исследователям средства дистанционной активации нейронных цепей для целого ряда исследовательских задач.

«Это первая в мире технология, позволяющая свободно управлять определенными областями мозга с помощью магнитных полей», — говорит Джинву Чхон, старший автор и директор Центра наномедицины IBS. «Мы ожидаем, что она будет широко использоваться в исследованиях, направленных на понимание функций мозга, сложных искусственных нейронных сетей, двусторонних технологий BCI [интерфейс мозг-компьютер] и новых методов лечения неврологических расстройств».

Магнитная стимуляция — это развивающаяся область исследований в неврологии, в которой электромагнитные импульсы воздействуют на целые области головного мозга, мягко корректируя их работу. Чтобы воздействовать на конкретные нейронные цепи, исследователи взяли за основу другую область исследований, называемую оптогенетикой. Она позволяет исследовать работу нервных клеток с помощью внедрения в их мембрану специальных каналов — опсинов, реагирующих на возбуждение светом.

В данном случае команда интегрировала ионные каналы в клетки мозга мышей. Но вместо того чтобы подавать свет по локализованному волокну, как в оптогенетике, ионные каналы можно было включить магнитом, повернув крошечный привод.

Чтобы испытать эту установку на практике, исследователи разработали три различных теста. Первый касался рецепторов, участвующих в сложном поведении, связанном с кормлением и вознаграждением, в латеральном гипоталамусе — области, расположенной глубоко в самом ядре мозга. Наблюдение за поведением животных в магнитном поле и вне его выявило значительные различия, которые показали, что можно буквально включать и выключать у мышей чувство голода.

Под воздействием магнитного поля группа мышей с переключателями на возбуждающих нейронах съедала в два раза меньше пищи. Вторая группа с заблокированными тормозными нейронами съела в два раза больше, пока действовало магнитное поле.

Латеральный гипоталамус также содержит пути, отвечающие за социализацию. Помещение мышей с соответствующими конструкциями в камеру, где находилась мышь, с которой они никогда раньше не встречались, при активном магнитном поле показало, что у мышей можно поощрять «дружелюбные» формы поведения.

Другой тест был направлен на ключевые рецепторы в так называемой медиальной преоптической области, которая отвечает за материнскую заботу. Самки мышей с Nano-MIND, стимулирующими медиальную преоптическую область, совершенно по-другому реагировали на крики детенышей, быстрее приближаясь к ним, и дольше оставались рядом с расстроенными мышатами.

Такой точный контроль над конкретными цепями стал бы находкой для исследователей, стремящихся составить карту неврологических процессов или протестировать новые методы лечения. Со временем подобные нанотехнологии помогут в лечении психических расстройств или станут важной частью терапии тяжелых неврологических расстройств.

Несмотря на то что область нейронауки, в которой изучается сознание, активно развивается, современные исследования характеризуются разногласиями и противоречиями — существует несколько конкурирующих теорий. Исследователи определяют сознание как воплощенное субъективное осознание, включая осознание себя. В недавней статье, опубликованной в журнале Interalia, они утверждают, что одной из причин такого затруднительного положения является мощная роль интуиции.