ما العلاقة بين الروموت كونترول والدماغ ، بمجرد الحفاظ على أفلام الخيال العلمي ونظريات المؤامرة على الإنترنت ، أصبح التلاعب عن بعد في نشاط الدماغ أداة مفيدة بشكل متزايد في جهودنا لفهم كيفية تحكم الدوائر العصبية في السلوك. في Select من هذا العدد ، نحقق في الأعمال الحديثة باستخدام علم البصريات الوراثي والتقنيات ذات الصلة لفحص النوم والذاكرة والإدمان والعدوانية وإيجاد علاج محتمل لمرض السكري على طول الطريق.

ما العلاقة بين الروموت كونترول والدماغ

طور فريقان من العلماء طرقًا جديدة لتحفيز الخلايا العصبية بالجسيمات النانوية ، مما يسمح لها بتنشيط خلايا الدماغ عن بُعد باستخدام المجالات الضوئية أو المغناطيسية. الأساليب الجديدة أسرع وأقل توغلاً بكثير من الطرق الأخرى عالية التقنية المتاحة ، لذا قد تكون أكثر ملاءمة للعلاجات الجديدة المحتملة للأمراض البشرية.
يمتلك الباحثون طرقًا مختلفة لمعالجة نشاط خلايا الدماغ ، ويمكن القول إن أقوىها هو علم البصريات الوراثي ، والذي يمكّنهم من تشغيل خلايا دماغية معينة أو إيقاف تشغيلها بدقة غير مسبوقة ، وتسجيل سلوكهم في نفس الوقت باستخدام نبضات من الضوء.
يعد هذا مفيدًا جدًا في فحص الدوائر العصبية والسلوك ، ولكنه يتضمن أولاً إنشاء فئران معدلة وراثيًا باستخدام عصبونات حساسة للضوء ، ثم إدخال الألياف الضوئية التي تنقل الضوء إلى الدماغ ، لذلك هناك حواجز تقنية وأخلاقية كبيرة لاستخدامها في البشر .
يمكن لطب النانو الالتفاف على هذا. عرف فرانسيسكو بيزانيلا وزملاؤه من جامعة شيكاغو أن جزيئات الذهب النانوية يمكنها امتصاص الضوء وتحويله إلى حرارة ، وقد اكتشفوا قبل عدة سنوات أن ضوء الأشعة تحت الحمراء يمكن أن يجعل الخلايا العصبية تطلق نبضات عصبية عن طريق تسخين أغشية الخلايا .
لذلك قاموا بربط العصي النانوية الذهبية بثلاثة جزيئات مختلفة تتعرف على البروتينات الموجودة في أغشية الخلايا وترتبط بها - سم العقرب Ts1 ، الذي يرتبط بقناة الصوديوم المشاركة في إنتاج نبضات عصبية ، والأجسام المضادة التي تربط قناتي P2X3 و TRPV1 ، وكلاهما وجد في الخلايا العصبية لعقدة الجذر الظهرية (DRG) ، والتي تنقل معلومات اللمس والألم إلى النخاع الشوكي وإلى الدماغ.
أضاف الباحثون هذه الجسيمات إلى الخلايا العصبية DRG التي تنمو في أطباق بتري ، بحيث ترتبط بالخلايا التي تعرض البروتينات ذات الصلة على سطحها. ثم قاموا بتعريض الخلايا لنبضات من الضوء المرئي ملي ثانية ، مما يؤدي إلى تسخين الجسيمات ، مما يتسبب في إطلاق الخلايا للنبضات العصبية استجابةً لذلك. كان هذا ممكنًا ليس فقط في الخلايا العصبية المعزولة ولكن أيضًا في شرائح الأنسجة من حصين الفئران. في كلتا الحالتين ، تظل الجسيمات ثابتة في مكانها عند إضافتها بتركيزات منخفضة ، مما يسمح بالتحفيز المتكرر للخلايا لأكثر من نصف ساعة.
تتبدد الحرارة من جزيئات أكسيد الحديد النانوية في مجال مغناطيسي متناوب ، مما يؤدي إلى نبضات عصبية عن طريق تنشيط قنوات TRPV1.
تتبدد الحرارة من جزيئات أكسيد الحديد النانوية في مجال مغناطيسي متناوب ، مما يؤدي إلى نبضات عصبية عن طريق تنشيط قنوات TRPV1. تصوير: ريتشي تشين / بولينا أنيكيفا / إم آي تي
اعتمد فريق Polina Anikeeva في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا نهجًا مختلفًا بعض الشيء ، باستخدام جزيئات أكسيد الحديد الكروية التي تصدر الحرارة عند تعرضها لمجال مغناطيسي متناوب.
أولاً ، قاموا بحقن فيروس يحمل جين TRPV1 في السقيفة البطنية للفئران ، بحيث تلتقط الخلايا العصبية الفيروس وتعبر عن الجين ، مما يجعلها حساسة للحرارة. بعد شهر ، قاموا بحقن الجسيمات النانوية في نفس الجزء من الدماغ ، ثم قاموا بتطبيق الحقول المغناطيسية عليه. هذا جعل الجسيمات النانوية تطلق حرارة كافية لتنشيط قنوات TRPV1 ، مما تسبب في إطلاق الخلايا العصبية لقطارات طويلة من النبضات العصبية.
تبتلع الخلايا العصبية جزيئات أكسيد الحديد النانوية ، ووجد الباحثون أن الجسيمات التي حقنوها استمرت في أدمغة الحيوانات ، بحيث يمكنها الاستمرار في تنشيط الخلايا في السقيفة البطنية لمدة تصل إلى شهر لاحقًا ، مع التسبب في تلف الأنسجة أقل من الفولاذ المقاوم للصدأ القابل للزرع. أقطاب كهربائية.
كلتا الطريقتين محدودة للغاية في خصوصيتها. ترتبط جزيئات الذهب النانوية فقط بأنواع الخلايا المتعددة التي تعبر عن قناة الصوديوم ، P2X3 ، أو TRPV1 ، بينما يدخل فيروس TRPV1 وجزيئات أكسيد الحديد إلى الخلايا بشكل عشوائي حول موقع الحقن. يمكن حل هذا بسهولة ، حيث يمكن ربط الجسيمات النانوية بأي جزيء تقريبًا ، ولكن بينما يمكن للطريقتين تنشيط الخلايا العصبية ، لا يمكن لأي منهما تثبيطها ، وليس من الواضح على الإطلاق كيف يمكن تعديلها من أجل القيام بذلك.
تستخدم الجسيمات النانوية بالفعل في مجالات أخرى. يمكنهم ، على سبيل المثال ، استهداف الخلايا الخبيثة وتدميرها ، وبالتالي يظهرون نتائج واعدة في علاج السرطان . وفي الآونة الأخيرة، استغلت بعض الباحثين قدرتها على التسلل عبر حاجز الدم في الدماغ ، واستخدمت لهم تصور و الحد من الأضرار السكتة الدماغية والتهاب في الفئران.
على الرغم من أنه لا يزال في المراحل التجريبية ، إلا أن بحثًا كهذا قد يسمح في النهاية بالتحفيز العميق للدماغ البشري لاسلكيًا وبأقل قدر من التدخل الجراحي. تهدف مجموعة بيزانيلا إلى تطبيق طريقتهم لتطوير علاجات للضمور البقعي والحالات الأخرى التي تقتل الخلايا الحساسة للضوء في شبكية العين. قد يتضمن ذلك حقن جسيمات نانوية في العين بحيث ترتبط بخلايا شبكية أخرى ، مما يسمح للضوء الطبيعي بإثارة هذه النبضات في إطلاق نبضات على العصب البصري.
استخدم العلماء المغناطيسية لتنشيط مجموعات صغيرة من الخلايا في الدماغ ، وتحفيز الحركات الجسدية التي تشمل الجري والدوران وفقدان السيطرة على الأطراف - وهو إنجاز يمكن أن يؤدي إلى إحراز تقدم في دراسة الأمراض العصبية وعلاجها.
يُطلق على التقنية التي طورها الباحثون اسم التحفيز المغناطيسي الحراري. إنه يمنح علماء الأعصاب أداة جديدة وقوية: طريقة بعيدة ، قليلة التوغل لتحفيز نشاط عميق داخل الدماغ ، وتشغيل خلايا معينة وإيقافها لدراسة كيفية تأثير هذه التغييرات على علم وظائف الأعضاء.
يقول الباحث الرئيسي Arnd Pralle ، دكتوراه ، أستاذ الفيزياء في الجامعة في كلية بوفالو للفنون والعلوم: "هناك الكثير من العمل الذي يتم القيام به الآن لرسم خريطة للدوائر العصبية التي تتحكم في السلوك والعواطف". "كيف يعمل كمبيوتر أذهاننا؟ التقنية التي طورناها يمكن أن تساعد هذا الجهد بشكل كبير."
إن فهم كيفية عمل الدماغ - كيف تتواصل أجزاء مختلفة من العضو مع بعضها البعض وتتحكم في السلوك - هو مفتاح تطوير علاجات للأمراض التي تنطوي على إصابة أو خلل في مجموعات معينة من الخلايا العصبية. تندرج إصابات الدماغ الرضية ومرض باركنسون وخلل التوتر والشلل المحيطي جميعها ضمن هذه الفئة.
يمكن أن تساعد التطورات التي أبلغ عنها فريق Pralle الذين يسعون إلى علاج أمراض
نُشرت الدراسة ، التي أُجريت على الفئران ، في 15 أغسطس / آب في مجلة eLife مفتوحة المصدر ومراجعة الأقران. ضم فريق برال المؤلفين الأوائل راهول مونشي ، وهو طالب دكتوراه في الفيزياء من جامعة البحرين ، وشهناز قادري ، باحثة ما بعد الدكتوراه في جامعة بافالو ، جنبًا إلى جنب مع باحثين من UB وجامعة فيليبس في ماربورغ في ألمانيا وجامعة سانتياغو دي كومبوستيلا في إسبانيا.
يتضمن التحفيز الحراري المغناطيسي استخدام الجسيمات النانوية المغناطيسية لتحفيز الخلايا العصبية المجهزة بقنوات أيونية حساسة لدرجة الحرارة. تشتعل خلايا الدماغ عندما يتم تسخين الجسيمات النانوية بواسطة مجال مغناطيسي خارجي ، مما يؤدي إلى فتح القنوات.