ТУР ПО МИРУ
Если YouTube медленно загружает — смотрите здесь.
Представьте технологию, которая помогает слепым обрести зрение, глухим – слух, пожилым — перезапустить сердце при аритмии. С её помощью можно отредактировать память — например, превратить дурное воспоминание в приятное. Можно по щелчку пальцев активировать мутацию в нужной части тела, выключить боль и включить ее обратно. А ещё — создать прибор, который будет мгновенно вызывать мочеиспускание и эрекцию.
Это всё звучит как выступление какого-то шарлатана. Ведь один из самых надёжных признаков псевдонауки — обещание всего, везде и сразу. Но всё, что я сейчас описал, крутится вокруг вполне научной технологии. Причём существует она уже больше 20 лет и почти каждый год порождает безумные истории, которые иначе как киберпанком не назовёшь. Этот подход ещё в далеком 2010 году журнал Nature назвал «методом года», и это — оптогенетика.
Представьте мышь с лампочкой в голове. Когда лампочку включают, мышь начинает бегать кругами. Она ничего не может с этим поделать — свет напрямую активирует нейроны в её мозге, мышь бежит! Как тебе такое, Илон Маск?
А теперь представьте будущее, которое даже Маску не снилось: нейроны вашего мозга генетически изменены так, что они светятся, когда активируются. Также под крышкой черепа установлены фотосенсоры, которые видят это свечение. А еще в голову встроены мини-лазеры, которые могут «светить» тонкими лучами в разные участки мозга, чтобы избирательно активировать нейроны.
Получается система ввода-вывода, световой интерфейс. Мозг вспышками света передаёт информацию в компьютер. А тот посылает сигналы обратно в мозг и создаёт в сознании образы, картинки и слова — или даже вызывает воспоминания. Сложно представить более эффективный способ связать мозг с компьютером.
Как работает оптогенетика
Почему «опто»? В этой области используются специальные белки, реагирующие на свет. Это могут быть ионные каналы в стенке клетки, молекулярные насосы, ферменты… В общем, разные части клеточной машинерии.
А «генетика» — потому что мы вставляем гены, которые кодируют эти белки, туда, где их раньше не было. То есть мы добавляем в клетку новый «выключатель», который реагирует на свет и по команде запускает нужный нам процесс.
Вообще в живых организмах много подобных выключателей самого разного толка. Например, есть белки, которые управляются температурой. Термогенетика. Еще чаще встречаются белки, которые реагируют на химические сигналы. Хемогенетика. Ученые даже пытаются создать клетки, чувствительные к магнитному полю, вводя в них специальные наночастицы — хотя результаты пока неоднозначные. Магнитогенетика.
Но у оптогенетики на их фоне есть очень веские преимущества. Она почти мгновенная, а ещё универсальная — позволяет активировать любые нейроны и мышечные клетки. Оптогенетика может избирательно активировать сразу огромное количество нейронов, без необходимости втыкать в них электроды. А еще, как это часто бывает, мы подсмотрели эту технологию у одноклеточных организмов. Вот так всегда, воруем у природы идеи, а потом не платим ни копейки авторских отчислений.
История открытия
Жила-была зеленая водоросль-хламидомонада.
Ученые заметили, что она интересным образом реагирует на свет. Оказалось, что у водоросли в клеточной мембране есть светочувствительный белок-выключатель. Благодаря нему водоросль получила способность ориентироваться на свет и двигаться к нему или от него — фототаксис. Новый тип белка назвали «каналородопсин».
Канал — потому что этот белок служит воротами. Он может пропускать или не пропускать внутрь клетки заряженные ионы. Когда на хламидомонаду падает свет, этот белок запускает внутрь нее ионы натрия. На мембране клетки меняется электрический потенциал, что запускает в итоге нужное поведение. И водоросль как бы плывет брассом.
Ученые оживились: ведь точно так же работают и нейроны в нашей нервной системе. Открой канал, впусти заряженные ионы натрия – и нейрон активируется. По идее, можно взять из водоросли ген этого белка, а потом вставить его в ДНК обычного человеческого нейрона. На его стенке тоже вырастут такие каналы. И нейрон станет реагировать на голубой свет, посылать нервный сигнал.
Учёные начали экспериментировать с этими каналродопсинами. В 2003 году ген водоросли засунули в яйцеклетки лягушек, в клетку хомяка и даже в клетку человеческой почки в пробирке. И показали, что это работает — посветил на клетку, ионы пошли.
А в 2005 году светочувствительным сделали уже нейрон человека. Об этом вышла статья с красноречивым названием «С точностью до миллисекунды». Авторы положили ген водоросли в оболочку от лентивируса. Это такое семейство вирусов, куда входит ВИЧ — они умеют встраивать свои гены в ДНК клеток, которые заражают. Этим вирусом заразили нейроны – и так вставили в них ген водоросли.
И все получилось! Впервые был создан управляемый светом нейрон человека. Причем управляемый мгновенно, за миллисекунды. Есть люди, которые требуют от науки немедленных прикладных результатов — мол, не витайте в облаках. А тут биологи 20 лет изучали, как водоросли плавают брассом, если на них посветить синей лампочкой. Бесполезные забавы какие-то. А оказывается, от того, как плавают водоросли в воде, может зависеть судьба человечества — например, возможность редактировать людям память, возвращать им зрение или подключать сознание к компьютеру.
Цветомузыка
Включать нейроны — это круто. Но хотелось бы еще и выключать. Чтобы делать и то, и то, нужны два белка. Один — чтобы активировать клетку, а другой — чтобы её подавлять. К счастью, существует много разных светочувствительных белков-каналов. Некоторые из них пропускают внутрь ионы с отрицательным зарядом. Так они «деактивируют» нейрон. А бывает, что нужно пропускать ионы не натрия, а калия или кальция — такие белки тоже нашли.
Ещё нам нужно, чтобы белок «ВКЛ» и белок «ВЫКЛ» активировались разными световыми сигналами. Иначе будут срабатывать сразу оба. И тут тоже удача — каналородопсины реагируют не просто на любой свет, а на свет с конкретной длиной волны — то есть определённого цвета. Кстати, если заменить активацию на торможение, это может быть полезно для людей — например, для расслабления задеревеневших мышц. Посветил зелёным светом на мышцу — и всё прошло (правда, сперва мышцу придется модифицировать). А, может, световое расслабление даже станет альтернативой ботоксу.
Или вот в тюрьме строгого режима можно вколоть всем особо опасным генетическую терапию. Если начался бунт, охранники врубают мощные зелёные прожекторы — и зеки едва ворочаются, не могут руку поднять.
Выключатель боли
Ещё с помощью зелёного света можно выключить боль. Учёные провели эксперимент — взяли группу специальных мышей, страдающих циститом. У них явно возникла боль при наполнении мочевого пузыря (это видели и по поведению, и по датчикам). Грызунам вставили соответствующий светочувствительный ген — и смогли деактивировать болевые рецепторы. Причем боль выключили именно локально — мышам вживили в мочевой пузырь миниатюрное беспроводное устройство со световодом. И когда зеленый свет включали, симптомы боли у мышей практически пропадали — каналродопсин глушил нейроны.
Вообще совсем избавляться от боли не стоит — она помогает беречь тело. Но с помощью оптогенетики можно эту проблему обойти. Можно встроить в себя «экстренный выключатель» боли — когда она уже только мешает. С помощью генной терапии можно сделать так, чтобы именно болевые нервные клетки по всему телу реагировали на «останавливающий» зелёный свет, как у мыши. Представьте, что вы ударились мизинцем ноги о шкаф. Взяли мощную зелёную лампу, нажали на кнопку, просветили ногу — и боль ушла.
Мы уже нафантазировали несколько интересных применений для активации и торможения нейронов светом. Но есть три проблемы, которые, казалось бы, мешают реализовать эти идеи на практике.
Первая проблема
Как пометить для активации только нужные нейроны? Ведь если мы «заразим» все нейроны в мозге белками-выключателями и потом все их активируем — получится эпилептический приступ.
Но, к счастью, в мозге как минимум сотни разных типов нейронов. Различить их помогла одна крутая технология — single-cell RNA-seq, полный анализ РНК в отдельно взятой клетке. Напомню, что с ДНК у нас считывается РНК. ДНК во всех клетках одинаковая, а вот состав РНК зависит от типа клетки. Чем активней ген, тем больше его РНК. И вот наука дошла до того, что можно взять одну-единственную клетку, проанализировать её и получить список всех генов, которые именно в этой клетке активны. По этим отличиям мы и можем рассортировать клетки на типы.
И вот оказалось, что у мышей аж 250 разновидностей нервных клеток во всей нервной системе. А у обезьян — больше 260 типов в одной лишь коре головного мозга. То есть внешне нейроны похожи, а биохимически нет, и мы научились это определять. Мы сможем прицелить нашу модификацию так, чтобы каналродопсин вырабатывался только в одном типе нейронов. Например, только в дофаминовых нейронах определённого типа. Или только в серотониновых. Вплоть до того, что на один тип клеток свет подействует, а на остальные 259 — нет. Теперь, даже если мы просветим насквозь целое полушарие, возбудятся только нужные нам нейроны. И у вас тут же поднимется настроение – или вы перестанете пьянеть (возможно).
Вторая проблема
Но тут возникает вторая проблема — казалось бы, генно-модифицированные нейроны будут чувствительны к свету всегда. А мне вовсе не хочется, чтобы зелёный или синий свет каждый раз вызывал у меня расслабление мышц, отключение боли или сексуальное возбуждение. Вот пойду я на дискотеку в клуб со светомузыкой, и случится полное фиаско.
А если серьёзно, постоянная чувствительность нервных клеток к свету — не очень удобно. Тем более, что известных типов светочувствительных белков не так уж много. А мне хочется разных эффектов для десятков разных ситуаций. И тут нам поможет хемогенетика (в ней используются химически сконструированные молекулы и лиганды вместо света и светочувствительных каналов). С ней можно, как в программировании, добавлять новые логические функции, создавать условия типа «если, то». Например, у меня есть светочувствительные белки-выключатели в болевых рецепторах, но они работают только тогда, когда я принял специальный препарат. А в остальное время спят. Получаются своего рода «выключатели выключателей». Индивидуальные настройки на каждый случай. Принял специальный препарат — и свет начал влиять на настроение. Или, наоборот, сутки не принимал лекарство — значит, какая-то беда, включился аварийный режим организма. Включаем полицейские мигалки.
Третья проблема
Есть и третья проблема — как доставить свет к нейрону? Ведь светить нужно прямо на саму клетку. Нужно просунуть внутрь тела либо оптоволокно, либо лампочку-светодиод. Поэтому оптогенетика — это не только про генетику, но и про оптику. Для нее разрабатывают новые устройства, чтобы светить, питать, подавать команды и вживлять всё это в организм. И один из вариантов — буквально сделать в теле окошки для света. Так, американские специалисты создали керамический протез черепа из нового материала — он очень прочный, но пропускает свет. Называется «стабилизированный наноиттрием диоксид циркония». Американцы вставили кусочек этого прозрачного материала мышкам в череп. Делали они это для своих целей. Но теоретически через это окошко свет сможет проходить внутрь черепа и действовать на кору мозга — настоящий оптический порт в голове. Опять мыши впереди нас по киберпанку.
Как применять оптогенетику
Ну хорошо, звучит красиво, но что мы реально можем сделать с этим прямо сейчас? Оказывается, очень много — больше, чем я ожидал, когда начал изучать эту тему. Например, существует редкая форма слепоты, при которой гибнут клетки-фоторецепторы в сетчатке — те самые палочки и колбочки. Это заболевание называется пигментный ретинит. И ученые с помощью оптогенетики смогли в некоторой степени обратить это заболевание вспять. Они взяли слепых крыс — и частично вернули им зрение.
Вот как устроена наша сетчатка в разрезе?
Есть колбочки и палочки, они чувствуют свет. А перед ними ганглиозные клетки — как бы провода, которые собирают от них информацию. Да-да, перед ними так вот странно и немного криво устроен наш зрительный аппарат. «Провода» от сенсоров на нашей матрице проложены не сзади, а спереди. Поэтому на сетчатке есть большая дырка — слепое пятно. Там эти провода собираются в пучок и уходят на другую сторону. Кстати, вы можете прямо сейчас увидеть эту дырку. Закройте правый глаз и глядите на правый крестик. Теперь приближайтесь или отдаляйтесь, пока левый крестик не исчезнет. Для левого глаза смотрите на левый крестик.
Так вот, еще в 2010 году японские ученые провели эксперимент. Создали ГМО-крыс, у которых отмирали колбочки и палочки в сетчатке, как при болезни. А потом с помощью вируса ввели каналородопсин в их ганглиозные клетки — те самые провода на матрице. И эти клетки, которые обычно почти нечувствительны к свету, начинают на него реагировать. То есть у крыс были сломаны сенсоры, и вместо них сенсорами сделали провода, которые от них идут. При ярком освещении ранее слепые крысы начали реагировать на визуальные стимулы и следить за движущимися предметами.
Прозрение человека
Этот эксперимент с крысами провели 15 лет назад. А в 2021 году то же самое смогли повторить на человеке. Швейцарские учёные взяли слепого пациента с пигментным ретинитом, с тяжелыми повреждениями сетчатки. Он мог только отличить яркий свет от тьмы. Ему ввели в сетчатку гены каналородопсина. А ещё дали специальные очки. Зачем? Вспомните, ведь канальнородопсины реагируют только на определенную длину волны. А видимый свет разный!
Поэтому даже после инъекций наш пациент почти ничего не видел. Вот он говорит: «Только примерно вижу, где кончается стол». А эти электронные очки снимали картинку перед ним на видео и преобразовывали ее в яркое одноцветное изображение с нужной длиной волны. Более того, для пациента подобрали такой каналородопсин, который реагирует на желто-янтарный свет, а не на синий. Потому что это физиологически комфортнее и безопаснее для глаза. В результате полностью ослепший человек начал видеть предметы и точно показывать на них рукой.
Конечно, это пока несовершенная технология. Но оцените иронию. В отличие от сотен религиозных пророков, целителей и колдунов, ученые по-настоящему вернули зрение полностью ослепшему человеку. И как следует это доказали. Например, для чистоты эксперимента мужчине сначала «прозрели» только один глаз, чтобы провести сравнения. А еще проверяли с помощью энцефалограммы, реагирует ли его мозг на визуальные стимулы. Не нужно принимать исцеление на веру, вот вам пруфы.
Пару лет назад американское агентство FDA уже одобрило ускоренные испытания этой технологии для скорейшего внедрения. Скоро слепые будут прозревать безо всяких чудес.
И глухие услышат
Идем дальше по библейским чудесам. Оптогенетика может предложить исцеление и глухим. У нас есть внутреннее ухо, а в нем улитка — именно она воспринимает звук. Для этого в ней есть особые волосковые клетки, тонко реагирующие на колебания разной частоты. Если волосковые клетки не работают, человек глохнет.
Сейчас уже делают кохлеарные импланты — они восстанавливают некое подобие слуха.
Микрофон снаружи воспринимает звук, электроника превращает его в электросигналы и подает их прямо на нервы в улитке. Но звук получается очень грубый. В современных имплантатах есть процессор, который делает разборчивой именно речь. Но музыкой особо не насладишься. И улучшить звук сложно — электросигналы проникают в соседние клетки для других частот, спорят друг с другом и создают помехи. Значит, нужно активировать клетки более прицельно.
На помощь спешит оптогенетика! Ученые из Германии взяли маленьких грызунов, песчанок, и внедрили им в улитку каналородопсин. А потом сделали для них оптический имплант вместо электрического. Они показали, что слуховые нервы этих грызунов действительно активировались при воздействии светом: песчанки субъективно слышали «световые звуки». Причем это сработало и на слышащих песчанках, и на глухих, которым специально испортили слуховые клетки.
И, главное, реакция на сигналы была точной и быстрой. Так что, может быть, в будущем именно оптические слуховые импланты вернут слабослышащим способность наслаждаться музыкой и звуками природы.
Аритмия
Еще одно впечатляющее применение оптогенетики — это встроенный «световой дефибриллятор».
Сейчас во многих странах в общественных местах вешают автоматические дефибрилляторы. Нужно только открыть чемоданчик, а он сам уже голосом скажет, как его подсоединить – и сам даст разряд. А тут крысам добавляли каналродопсин прямо в мышечные клетки сердца – он реагировал на свет и принудительно активировал мышцу. Дальше ученые специально вызывали у крыс сбой сердечного ритма — аритмию. А потом светили в сердце синим светом — и ритм сердцебиения возвращался к норме.
А ведь аритмия может и убить — если вызовет фибрилляцию, состояние, при котором отдельные группы мышечных волокон сердечной мышцы сокращаются разрозненно и нескоординированно. Для этого и нужен дефибриллятор: его разряд синхронно активирует все мышцы сердца и прекращает беспорядок. То же самое делает оптогенетическая «кнопка», только без риска ожогов сердца и других травм. Если человек в группе риска — можно встроить ему в сердце такой дефибриллятор и «перезапускать» сердце одним нажатием кнопки.
Болезнь Паркинсона
Многие медики считают, что её можно облегчить, если постоянно стимулировать внутренние отделы мозга. По какой-то причине эта «встряска» электричеством облегчает симптомы — характерную «трясучку» головы и рук, заторможенность и нарушения координации. Сейчас это делают с помощью метода под названием deep brain stimulation — «глубокая стимуляция мозга». Там в голову имплантируют два длинных электрода и пропускают через них слабый ток. Причем интересно, что сам генератор тока тоже зашивают под кожу, в районе ключицы. И это лечение тоже смогли воспроизвести с помощью оптогенетики. У мышей с аналогом болезни Паркинсона световая терапия полностью устранила тремор, то есть трясучку, и заторможенность. Мыши перестали спотыкаться и начали бегать нормально.
Понятно, что оптический способ тоже требует хирургического вмешательства. Но зачастую лучше светить на ткани, чем вставлять множество электродов. Постоянное присутствие металлических проводов может приводить к повреждению тканей. Поэтому медики очень заинтересованы в оптогенетических вариантах известных терапий.
Но есть и совсем странные и экзотические применения для оптогенетики. Например, с ее помощью создали радиоуправляемых боевых комаров. Ну ладно, пока всё же не комаров, а мух-дрозофил. Статья про это вышла еще в 2005 году. Дело в том, что у мух довольно простая нервная система. Поэтому им буквально светили лазером в разные скопления нейронов — и вызывали нужное поведение. Сюда посветили — она прыгает. Туда — она бьет крыльями.
Другие исследователи научились с помощью света управлять работой мочевого пузыря. У животных бывает проблема с постоянным желанием мочиться — из-за сверхчувствительности мочевого пузыря. И ученые её решили. Они вживили в мочевой пузырь крысы датчик, который измерял его наполненность. Также в чувствительные нервные клетки, иннервирующие пузырь, внедрили светочувствительный белок, который отключает их активность, если посветить зеленым светом. И всем этим управляла электронная машинка, тоже имплантированная в тело.
Теперь, если крыса писала слишком часто, машинка включала светодиоды — и функция мочеиспускания отключалась. Причем отключался в том числе сигнал в мозг, то есть крыса не мучилась от желания сходить в туалет. А когда сенсор наполненности пузыря показывал, что действительно пора — машинка выключала свет, и пузырь срабатывал.
Часто бывает, что наше тело работает себе во вред. Иногда тело слишком сильно воспаляется или нагревается, чересчур активно пытается вымыть из кишечника яды, перебарщивает с иммунной реакцией. Сильная аллергия — анафилактический шок — это тоже чрезмерная реакция на не особо опасное вещество. Возможно, в будущем у нас в теле будет «умный контроллер». Если организм начал паниковать и совершать саморазрушительные действия, компьютер временно возьмет управление на себя и вернёт тело к норме.
Задачи со звёздочкой
Ну хорошо, раз у нас тут уже полный киберпанк, вспомним квест из игры Cyberpunk 2077. Там был персонаж с интимным имплантом, который закоротило — его нужно было срочно отвезти в госпиталь. А проблема-то была в чём — что имплант был не оптогенетический! Не хотите, чтобы это случилось с вами? Представляем EROS — эректильный оптогенетический стимулятор! В «Эросе» тоже используется белок, чувствительный к свету, но это не ионные воротца, а фермент. При активации он создает химический сигнал, который расслабляет гладкую мускулатуру. Ну а так как клетка с этим ферментом располагается в пещеристом теле мужского пениса, результат такого расслабления — эрекция. В итоге у ученых получились грызуны, которым светишь синим светом на пенис — и у них возникает эрекция. А иногда даже эякуляция. Подарите девушке на 8 марта синий фонарик — и она сможет возбудить вас в любую секунду!
Ок, казалось бы, что еще может впечатлить после этого? А хотите совсем диво дивное? С помощью оптогенетики ученые заставили клетки кожи ходить по команде: светим в нужное место клетки, и она растет, как бы шагает в ту сторону.
Некоторые клетки в нашем теле подвижные — могут выращивать нечто вроде лапок, перебирают ими и ползают. Например, у нас так делают клетки эпидермиса, которые мигрируют в сторону ранки, чтобы ее закрыть. А тут ученые создали человеческую клетку, которая шагает по команде — когда на неё светят.
А можно вообще создать генетического спящего агента. Это генная модификация, которая происходит по команде — мутация по щелчку пальцев. Доставляем в нужные клетки организма генетические ножницы CRISPR-CaS9. Они уже готовы вырезать и заменить нужный кусок генома. Но пока что не работают, а дремлют. А если посветить на клетку специальным светом, эти ножницы выходят из тени и редактируют ДНК. Вы спросите, зачем это нужно? Почему бы не модифицировать ДНК сразу? Обычно генные терапии основаны на доставке генов с помощью обезвреженных вирусных оболочек. Вирус заражает нужный тип клеток и передает им нужный нам ген. Но бывает, что этого мало — вам нужна суперизбирательность. Скажем, у вас проблема только с мышцами попы, и вам нужно генномодифицировать только их. Тогда и пригодится оптогенетика. Мы можем заранее ввести генные ножницы в весь организм. А «включить» нужную мутацию — только в нужном месте и в нужное время.
Также этот метод полезен, чтобы проводить контролируемые испытания терапий. Допустим, вы изобрели генную терапию от старения кожи. Вкалываете ее подопытному внутривенно, она заражает разные клетки. Но потом специальным светом светите только на левую сторону лица, и только там запускаете новые антивозрастные мутации. А на правой — не запускаете. Через какое-то время можно сравнить — меньше ли стало морщин слева?
Короче, оптогенетика — это настоящий подарок для ученых. С ней можно очень точно и избирательно активировать нужные клетки, чтобы проверять разные догадки.
Редактирование памяти
А вот теперь — самое пугающее применение оптогенетики. Это редактирование воспоминаний и эмоций, как в фильме «Вечное сияние чистого разума».
И главный мастер этой запретной практики — японский учёный Судзуми Тонегава. Он вообще сыграл огромную роль в науке — ему еще в 1987 году дали Нобелевскую премию за то, что он раскрыл секрет адаптивного иммунитета. А потом Тонегава увлекся оптогенетикой и тем, как с её помощью управлять памятью. В частности, он много занимался «энграммами памяти». Красивый термин? Так называется группа нейронов, которые хранят конкретное воспоминание, если сильно упрощать. А в 2012 году вышла его знаменитая статья, которая произвела огромный фурор в научном мире — про «энграммы, активирующие память о страхе».
И у нас, и у мышей в мозге есть участок под названием зубчатая извилина — в ней помимо прочего формируются воспоминания о новых местах и ситуациях. И вот представьте, у вас есть генно-модицифированные мыши, у которых от рождения нейроны в зубчатой извилине умеют вырабатывать каналродопсин, но только когда нейрон активируется. Когда это происходит, нейрон становится светочувствительным. А чтобы такими не стали вообще все нейроны в извилине, вы постоянно даёте мышам специальное тормозящее лекарство, которое отключает весь этот механизм.
Получается нечто вроде кнопки «запись». Снимаем мышь с лекарства, помещаем в новую ситуацию, память о ней записывается. И нейроны именно этого воспоминания теперь чувствительны к свету. Потом снова сажаем мышь на лекарство — и запись выключается!
Далее проводим эксперимент: сажаем мышку в незнакомую ей комнатку, условно — красного цвета. «Записываем» это воспоминание. Теперь нейроны памяти о красной комнате стали чувствительными к свету. Мы прямо видим эти нейроны — вот они, энграммы памяти. Далее возвращаем мышку в знакомую клетку (допустим, зелёную). И там бьем её током. При этом светим ей в мозг через оптоволокно, активируя память про красную комнату. То есть в момент боли у нее активируются сразу оба воспоминания, об обеих комнатах. В итоге мы создали у мыши ложную память — что ей якобы делали больно в красной комнате.
Если мышку теперь посадить в красную комнату, она сжимается от страха — хотя в реальности её там не мучали. В зелёной комнате — тоже вспоминает о боли и боится. А вот когда мы помещаем мышку в новую, белую комнату — она спокойна. Команда Тонегавы буквально увидела память и смогла ей манипулировать! Память — это вам не свойство вечной души, а физическая штуковина, на которую можно повлиять светом.
Нейробиологи начали экспериментировать с этим механизмом. Они обнаружили, что воспоминания можно не только записывать, но и стирать. А потом восстанавливать обратно. Возможно, в будущем мы могли бы это использовать. Допустим, вы боитесь лечить зубы из-за неприятного воспоминания из детства — но не желаете стирать себе память. Тогда можно просто на время отключать эту фобию перед походом к дантисту. А если вы арахнофоб — сможете выключать свой страх, чтобы поиграть в фэнтези-игрушку или посмотреть «Властелина колец».
Записанное счастье
Сам Тонегава смог вылечить у мыши депрессию за счёт воспроизведения записанного счастья. У мышки «включали запись», когда она находилась в комфорте, в компании самки. Потом долго вызывали у неё хронический стресс, пока она не впала в депрессию. А потом активировали позитивные эмоции — и ей стало лучше. Вот она, сила секса.
По словам Тонегавы, это может помочь и людям. Только представьте: в вашем мозге «включали запись» в самые лучшие моменты вашей жизни — первая ночь с любимой женщиной, путешествие мечты, завершение проекта. Но так случилось, что позже вы оказались на улице, живёте на пособие, болеете, погрузились в депрессию. А вам светят в мозг и активируют нейроны, где записано состояние счастья — и вы чувствуете себя лучше.
Но Тонегава на этом не остановился. Он показал более зловещую возможность — менять эмоциональное содержание воспоминаний. У мышки записывали очень неприятное воспоминание. Потом её помещали в очень приятную ситуацию с мышкой противоположного пола. Но при этом светили в те же нейроны, где записана память, вызывающая страх. И у неприятного воспоминания знак менялся с минуса на плюс — негативные эмоции перезаписались удовольствием. Смогли сделать и наоборот — приятное воспоминание превратили в пугающее. То есть воспоминание осталось — но поменяло весь свой смысл. Тут могут быть забавные последствия. Например, хотели вылечить арахнофобию, но заменили ее страстным влечением к паукам.
Но что, если этот механизм начнут использовать во зло? Представьте, что вас арестовала тайная полиция, вас били, пытали… Но при этом вели «запись» ваших страданий. А потом включили лампочку и дали поесть мороженого. И вот уже пытка вспоминается вкусной и сладкой. А может быть наоборот — вас как диссидента решили наказать и вселили в вас ненависть и страх к тому, что вы любили больше всего на свете.
Понятно, что любую технологию можно использовать и в хороших, и в дурных целях. Но в случае с оптогенетикой мы прежде всего видим огромное количество потенциальной пользы. Можно лечить болезни, решать психологические проблемы, возвращать зрение и слух, даже контролировать функции тела. И самая интригующая перспектива — это нейроинтерфейс для связи с компьютером.
Мы сегодня говорили только о вводе — как точечно и мгновенно посылать сигналы в мозг и активировать нейроны. Но кроме ввода нужен и вывод — нужно считывать сигналы из мозга с помощью света. И такие белки тоже есть — они могут светиться при активации нейронов. Нужен только прибор, который способен в реальном времени фиксировать свечение каждой отдельной клеточки. И у нас есть приборы, которые засекают свечение даже не отдельных клеток — отдельных молекул.
Илон Маск убеждает, что будущее за его интерфейсом Neuralink. Но есть ощущение, что оптогенетика — очень сильный конкурент на создание идеального нейроинтерфейса, который сможет считывать сигнал с миллиардов клеток одновременно — только без травмирующих электродов. Да, в нашем мозге нейронов почти в миллион раз больше. Поэтому до человеческого сканера, а тем более мозгового штекера для входа в интернет, ещё далеко. Но всё, что мы сейчас знаем про оптогенетику, как будто сходится в единую точку — в эдакую сингулярность.
А если вы хотите приблизить момент такой сингулярности, можете прямо сейчас начать учиться на генетика, оптика или оптогенетика. Или поделиться этим постом с вашими знакомыми.
Источники
Похожее:
