Neurowissenschaftler lernen, Neuronen mit Ultraschall zu kontrollieren

Neurowissenschaftler des Salk Institute of Biological Research (Kalifornien, USA) stellten eine neue Technik zur selektiven Stimulation von Neuronen vor, die als Sonogenetik bezeichnet wird. In ihrer Arbeit argumentieren sie, dass sie Neuronen nicht-invasiv mit Ultraschall aktivieren konnten.

Um die Arbeit des Gehirns zu untersuchen, haben Biologen vor einigen Jahren ein Schema entwickelt, um die notwendigen Neuronen mit Licht einzuschalten. Es wurde angenommen, dass das Natriumkanal-Gen, das auf Photonen reagiert, in die Zelle eingeführt wird. Wenn Sie auf die Zelle scheinen, beginnen Natriumionen in sie zu fließen, was das Neuron erregt. Zwar haben sie noch nicht gelernt, mit beruhigenden Neuronen umzugehen - um die Zellen zu beruhigen, werden Kaliumionen freigesetzt, aber solche lichtgesteuerten Kanäle in der Natur wurden noch nicht gefunden.

Diese Erfindung brachte die Neurowissenschaften sofort voran. Wissenschaftler eilten zu den Mäusen und begannen hastig, ein Experiment nach dem anderen durchzuführen, um die Struktur des Gehirns zu lernen. Es gelang ihnen, den Prozess der Gedächtnisbildung zu verfolgen, Schmerzrezeptoren ein- und auszuschalten, die Wirkung von Medikamenten zu simulieren und sogar eine Erektion ein- und auszuschalten. Zwar wurden alle diese Studien bisher nur an Mäusen durchgeführt. Schließlich ist das Hauptproblem dieser Methode die Notwendigkeit, einen Kanal im Schädel und im Gehirn für die Versorgung mit Optik herzustellen.

Der Erfinder der Sonogenetik-Technologie, Srikant Chalasani , ein Assistenzprofessor am Labor für Molekulare Neurobiologie, behauptet, dass seine vorgeschlagene Ultraschallmethode die notwendigen Neuronen aktivieren kann. In diesem Fall dringt Ultraschall in die Haut und die Knochen des Schädels ein, ohne andere Körperzellen zu beeinträchtigen.

"Wir glauben, dass die Verwendung von Ultraschall zur nicht-invasiven Aktivierung von Neuronen weit verbreitet sein kann, um die Nervenbahnen im Gehirn zu entschlüsseln, die in einer intakten Hülle aus Schädel und Haut eingeschlossen sind."

Ein weiterer behaupteter technologischer Vorteil ist die Fähigkeit, verschiedene Gruppen von Neuronen zu aktivieren, da die Möglichkeit, die Schallfrequenz zu ändern, den Satz von Lichtwellenlängen überschreitet, auf die Neuronen in der Optogenetik reagieren.

Die Verwendung dieser Technologie erfordert auch die Zugabe eines zusätzlichen Gens zu den Zellen. Die Forscher fanden heraus, dass das TRP-4-Protein, das natürlicherweise bei Wirbellosen vorkommt, ultraschallempfindlich ist. Durch die Zugabe dieses Proteins mit dem Virus zum Körper von C. Elegans, einem bei Forschern beliebten Nematodenwurm, konnten Wissenschaftler mehrere ultraschallempfindliche Neuronen erzeugen. In einem der Experimente war es beispielsweise möglich, den Wurm umzudrehen und bestimmte Ultraschallimpulse zu liefern.



Und obwohl TRP-4-Protein in Mäusen und Menschen nicht vorkommt, bedeutet dies nicht, dass die neue Technologie für uns nutzlos ist - der Wissenschaftler behauptet, dass es durch Hinzufügen der entsprechenden Gene möglich ist, Zellen dazu zu bringen, dieses Protein zu produzieren.

In dieser Hinsicht ist die Anwendung von Technologie bei Wirbeltieren und Menschen nur hypothetisch. Da sich Licht schneller als Schall ausbreitet und Prozesse im menschlichen Gehirn schnell genug ablaufen, ist die Steuerung von Neuronen nicht für alle Prozesse möglich. Wie Chalasani vorschlägt, werden sich die Technologien der Sonogenetik und Optogenetik höchstwahrscheinlich ergänzen.

Source: https://habr.com/ru/post/de384269/