Нейронами (показанные здесь на флуоресцентной микрофотографии) можно манипулировать с помощью световых импульсов. Авторы: Dr. Chris Henstridge / Science Photo Library
Поведенческие данные свидетельствуют о том, что манипуляция всего с 20 нейронами побудило животных «увидеть» изображение.
Ученые индуцировали визуальные галлюцинации у мышей, используя свет для стимуляции горстки клеток в мозге животных. Этот трюк может улучшить понимание исследователями того, как мозг интерпретирует и действует на то, что видят глаза, и, возможно, даже приведет к разработке устройств, которые помогут людям с нарушениями зрения видеть.
Авторы исследования, опубликованного в журнале «Science», использовали технологию, известную как оптогенетика, которая контролирует отдельные клетки мозга импульсами света. Техника работает с мышами, которые были изменены так, что их нейроны производят белок, который заставляет их срабатывать при воздействии света.
В данном случае нейробиолог Карл Дайссерот (Karl Deisseroth) из Стэнфордского университета (Stanford University) в Калифорнии и его коллеги попытались имплантировать изображения в зрительную кору головного мозга. Этот регион обычно объединяет изображения из информации, полученной от сетчатки.
Команда Дайссерота показыала мышам изображения горизонтальных или вертикальных полос и обучала животных слизывать воду из трубки, когда они видели вертикальные полосы. Ученые контролировали мозг животных и фиксировали, какие нейроны запускаются, когда мыши видят вертикальные полосы. В конечном итоге они идентифицировали у животных около 20 клеток которые, казалось, были последовательно связаны с вертикальным изображением.
Чтобы создать галлюцинации, исследователи освещали только эти нейроны — стимулируя их к возбуждению. Это заставило мышей слизать воду из трубочки, как будто они видели вертикальные полосы, даже если животные сидели в темноте. Мыши не лизали трубку, когда ученые стимулировали нейроны, связанные с изображением горизонтальных полос.
Кристоф Кох (Christof Koch), президент Института исследований мозга им. Аллена (Allen Institute for Brain Science) в Сиэтле, штат Вашингтон, говорит, что эта работа является техническим достижением и достижением в оптогенетике. «Она играет на пианино разума»,— говорит он.

Взгляд в перспективу

Анил Сет (Anil Seth), нейробиолог из Университета Сассекса (University of Sussex) в Брайтоне, Великобритания, говорит, что неясно, мыши в последнем исследовании «видели» вертикальные полосы сознательно или подсознательно, и для выяснения этого может потребоваться другой поведенческий тест.
Но он в восторге от потенциальных применений этого подхода. «Эти оптогенетические методы действительно меняют игру»,— говорит он, потому что они позволяют ученым манипулировать мозгом, а не просто наблюдать за ним. Это может позволить создавать протезы, которые вводят сенсорную информацию прямо в мозг.
В свою очередь, Дайссерот был удивлен, что стимуляция только 20 нейронов, казалось, заставляла мышей галлюцинировать. Учитывая вероятность того, что это количество нейронов может срабатывать случайным образом, он задается вопросом: почему мыши не постоянно галлюцинируют?
Но Кох говорит, что клетки зрительной коры — это только часть того, что мозг использует для восприятия и интерпретации изображения — первый главный переключатель в каскаде нейронов.

Мышь сидит рядом с элементом, который генерировал изображения, используемые в исследовании. Предоставлено: Sean Quirin, James Marshel, Cephra Raja, Karl Deisseroth, Stanford University.
Другие области мозга, связанные с зрительной корой, оценивают значение изображения, помещая его в контекст. В некоторых случаях, например во сне, мозг может генерировать изображения без какой-либо информации от глаз.
И нейроны главного переключателя в зрительной коре могут быть очень специфичными. В 2005 году группа Коха опубликовала исследование, показывающее, что один нейрон срабатывает всякий раз, когда человек видит образ актрисы Дженнифер Энистон2 (Jennifer Aniston2). По его словам, неясно, могут ли мыши распознавать лица таким образом, но зрение для мышей менее важно, чем для приматов.

Взгляд в будущее

Следующая задача для команды Стэнфорда будет состоять в том, чтобы определить, как нейроны, которые чувствуют определенные изображения, соединяются с областями мозга, которые интерпретируют значение визуальной информации. «Мы пока только у самой поверхности»,— говорит Дайссерот.
Техника, разработанная исследователями, основана на наборе белков чувствительных к тусклым красным импульсам света для снижения риска перегрева мозга. Ученые надеются, что белки позволят им и другим исследовать функцию нейронов, связанную с восприятием других визуальных факторов таких как цвет и форма и других типов сенсорного ввода, включая звук и осязание.
На данный момент, оптогенетика еще далеко не готова для применения на людях. Но в настоящее время ведутся исследования других методов дополнения чувств посредством стимулирования человеческого мозга.
В июне компания под названием «Second Sight Medical Products» в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, обнародовала ранние клинические результаты устройства, в котором используются электроды, имплантированные в зрительную зону коры головного мозга, для восстановления зрения у слепых людей. Электроды стимулируют мозг в ответ на информацию, полученную из камеры, которую носят рядом с глазом человека.
Система улучшила зрение шести человек до такой степени, что они могли видеть белый квадрат на черном экране. Компания надеется, что устройство однажды восстановит зрение, посылая более сложную визуальную информацию прямо в мозг.

Источник: Nature


ПОПУЛЯРНЫЕ СООБЩЕНИЯ

Галлюцинации имплантированы в мозг мыши с использованием света

Астронавты Аполлона оставили мусор, сувениры и эксперименты на Луне

В Лаосе обнаружено более ста погребальных «кувшинов»

Правда о коронавирусе выходит на свет