Manipularea celulelor nervoase îi face pe șoareci să „vadă” ceva care nu există

Îndreptarea luminilor laser în creierul șoarecilor îi poate face să „vadă” linii care nu sunt de fapt acolo. Rezultatele, descrise online pe 18 iulie în Ştiinţăreprezintă prima dată când oamenii de știință au creat o percepție vizuală specifică cu trucuri de laborator.

Lucrarea este „uimitoare din punct de vedere tehnic”, spune specialistul în neuroștiință și psihiatru Conor Liston de la Weill Cornell Medicine din New York. „Cred că fiecare neuroștiință din acest domeniu va privi acest lucru cu mare interes.” Capacitatea de a monitoriza și controla colecții precise de celule nervoase, sau neuroni, ar putea ajuta la dezlegarea unor mari întrebări, inclusiv modul în care anumite grupuri de neuroni creează experiențe.

Experimentul a folosit optogenetica, o tehnică în care lumina laser activează neuronii din creier (SN: 30.1.10, str. 18). Neuronii sunt modificați genetic pentru a transporta o proteină care îi determină să trimită un semnal ca răspuns la lumină.

Când optogenetica a debutat pentru prima dată în urmă cu aproximativ 15 ani, toată lumea spera să atingă acest nivel de control precis asupra percepției și asupra comportamentelor care urmează, spune Karl Deisseroth, un neuroștiință și psihiatru care a fost pionier în această tehnică. „Este interesant să ajungem în acest punct”, spune Deisseroth, un investigator al Institutului Medical Howard Hughes de la Universitatea Stanford.

Deisseroth și colegii săi au monitorizat mai întâi neuronii din creierul șoarecilor care vedeau linii orizontale sau verticale. Fiecare șoarece fusese antrenat să lingă apă dintr-un jet din fața lui când a văzut orientarea liniilor pe care fusese antrenat.

Cercetătorii și-au propus apoi să evoce artificial aceeași viziune asupra liniilor. Inițial, șoarecilor li s-au arătat linii reale foarte slabe. Când liniile au devenit atât de slabe încât șoarecii s-au zdruncinat, stimularea optogenetică le-a îmbunătățit performanța. Apoi, cercetătorii au testat șoarecii în întuneric total, fără nicio intervenție vizuală, și au descoperit că o percepție a liniilor poate fi creată numai cu lasere. Stimularea a aproximativ 20 dintre neuronii care au răspuns la vederea reală i-a făcut pe șoareci să „vadă” corect viziunea corectă și, ca rezultat, să lingă.

Această progresie a rezultatelor pozitive a creat „un crescendo care se construiește încet de „Doamne, asta chiar funcționează!””, spune Deisseroth.

Acești neuroni stimulați artificial au declanșat cascade de alți neuroni care se declanșează într-un mod care sugerează că partea vizuală a creierului răspunde așa cum ar fi în mod normal la o vedere reală.

Câteva progrese cheie au condus la succesul experimentului, spune Deisseroth: lasere precise care au fost controlate cu atenție de cristale lichide și descoperirea unei noi proteine ​​sensibile la lumină, numită ChRmine. Chiar și lumina slabă poate activa această proteină, o trăsătură utilă deoarece prea multă lumină poate afecta creierul.

Abordări similare ar putea permite oamenilor de știință să creeze alte tipuri de percepții, cum ar fi mirosurile, atingerile și gusturile, spune Deisseroth. Metoda poate permite, de asemenea, cercetătorilor să controleze ansambluri de neuroni care sunt implicați în sarcini mai complexe ale creierului. „V-ați putea imagina cu ușurință să folosiți instrumente similare pentru a studia memoria, de exemplu”, spune Liston.