С помощью дистанционного магнитного поля можно включать и выключать в мозге разные зоны, но для этого, правда, сам мозг нужно слегка модифицировать.
Когда мы видим, как кто-то управляет чужим мозгом на расстоянии, заставляет кого-то другого бежать, прыгать, махать руками и т. д. против его воли, это значит, что мы смотрим научно-фантастический фильм, или какое-нибудь мистическое фэнтези. Хотя современная наука делает все возможное, чтобы подобная фантастика воплотилась в жизнь.
Исследователи из Университета штата Нью-Йорк в Баффало научились в прямом смысле слова управлять мышью – с помощью метода магнитно-температурной стимуляции. Дело не обошлось без генетической инженерии: животным встроили ген белка, который контролирует поток ионов сквозь клеточную мембрану и который одновременно реагирует на температуру.
Такой ионный канал, оказавшись в мембране нервных клеток, стимулировал их активность при нагревании: ионные ворота открывались, ионы перегруппировывались, изменялась разность потенциалов снаружи и внутри мембраны, и клетка генерировала электрохимический импульс.
Нагревателем работали магнитные наночастицы, сделанные из феррита кобальта и феррита марганца. Наночастицы вводили в определенную область мозга, где были генетически модифицированные нейроны; частицы прилипали к поверхности клеток, и теперь оставалось только разогреть их в переменном магнитном поле – из-за быстрых изменений намагниченности наночастицы выделяли тепло, активируя термочувствительные ионные каналы.
Этот метод Арнд Пралле (Arnd Pralle) и его коллеги разрабатывали около десяти лет – все начиналось со стимуляции клеточных колоний растущих в лабораторной посуде, им на смену пришли круглые черви, и вот сейчас дело дошло до мышей.
В статье в eLife исследователи пишут, что они экспериментировали с двигательными зонами мозга: так, действуя на моторную кору, мышей понуждали бежать, а при стимуляции полосатого тела грызуны начинали крутиться на месте. Стимуляция других зон ввергала мышей в ступор, так что они не могли пошевелить ни единой лапой. По словам авторов работы, нейроны, на которые действовали наночастицами и полем, оставались живы и здоровы, несмотря на многократную стимуляцию.
Плюс магнитно-температурной стимуляции в том, что с ее помощью можно включать очень небольшие нейронные группы, всего 100 микрометров поперечнике. (Кстати говоря, похожий метод мы описывали два года назад, когда исследователи из Массачусетского технологического института опубликовали статью про стимуляцию мозга теплыми наночастицами.)
Конечно, кое-кто из читателей может вспомнить, что что-то похожее позволяет делать оптогенетика, когда мы сначала с помощью то же генетической инженерии снабжаем нейрон светочувствительным белком, а потом активируем его световым импульсом. Но чтобы послать в мозг световой импульс, нужен специальный оптоволоконный кабель, который будет освещать нужные нейроны в мозге. С магнитно-температурной стимуляцией никаких кабелей не нужно, внешнее магнитное поле действует без проводов, и из головы ничего не торчит.
Стоит добавить, что сейчас нейробиологи широко используют метод транскраниальной магнитной стимуляции, когда мощное магнитное поле, направленное извне, повышает или понижает активность каких-то участков мозга.
Но в этом случае речь идет не о группах нейронов диаметров 100 мкм, а о достаточно больших зонах нервной ткани – хотя даже такое широкое воздействие дает весьма впечатляющие результаты: например, несколько лет назад специалисты из Северо-Западного университета с помощью транскраниальной магнитной стимуляции сумели ни много, ни мало, как улучшить память нескольким людям.
Автор: Кирилл Стасевич
