กลุ่มของ Deisseroth ได้ส่องสว่างวงจรสมองที่เกี่ยวข้องกับโรคพาร์กินสันแล้ว ( SN: 4/11/09, p. 11 ) ทีมงานพบว่าการกระตุ้นเซลล์ประสาทบางชนิดในเยื่อหุ้มสมองสั่งการสามารถระงับอาการคล้ายพาร์กินสันในหนูได้ การค้นพบนี้ซึ่งรายงานออนไลน์เมื่อเดือนมีนาคมที่ผ่านมาในScienceอาจนำไปสู่การพัฒนาวิธีการรักษาที่รุกรานน้อยกว่าการกระตุ้นสมองส่วนลึกที่ใช้อยู่ในปัจจุบันความผิดปกติของสมองอื่น ๆ รวมถึงความเจ็บป่วยทางจิตอาจเกิดขึ้นเมื่อวงจรบางอย่างผิดพลาด นักวิทยาศาสตร์กำลังติดตามการลัดวงจรเหล่านี้โดยปฏิบัติตามเส้นทางที่มีแสงออปโตเจเนติก ผลงานก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าความเครียดทางสังคมเรื้อรัง – เทียบเท่ากับการถูกรังแกในมนุษย์อย่างต่อเนื่อง – สามารถทำให้หนูหดหู่ได้ ภาวะซึมเศร้านั้นสัมพันธ์กับระดับกิจกรรมที่ต่ำกว่าของยีนบางตัวในส่วนของสมองที่เรียกว่าเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้าตรงกลาง (medial prefrontal cortex) เช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงของสมองอื่นๆ
นักวิจัยจากโรงเรียนแพทย์ Mount Sinai
ในนิวยอร์กซิตี้ได้ออกแบบหนูเพื่อให้เซลล์สมองของพวกมันสร้างโปรตีนที่กระตุ้นการทำงานของแสงที่พบในสาหร่ายเซลล์เดียวที่เรียกว่าChlamydomonas reinhardtii. โปรตีนแชนเนลโรโดปซิน-2 ตอบสนองต่อความยาวคลื่นของแสงสีน้ำเงินโดยปล่อยไอออนที่มีประจุบวกและเปิดเซลล์ประสาท เมื่ออยู่ในรังแกหนูที่ตัวใหญ่กว่าและดุร้าย หนูจะกลายเป็นคนต่อต้านสังคม ซึ่งเป็นสัญญาณของโรคซึมเศร้า แต่การฉายแสงสีน้ำเงินบนเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้าตรงกลาง (medial prefrontal cortex) ทำให้เกิดเซลล์ที่สร้าง channelrhodopsin-2 และการกระตุ้นนั้นทำให้อาการซึมเศร้ากลับคืนสู่สภาพเดิมเช่นเดียวกับยาต้านอาการซึมเศร้า Herbert Covington จาก Mount Sinai รายงานในชิคาโกเมื่อเดือนตุลาคม 2552 ในการประชุมประจำปีของสมาคม สำหรับประสาทวิทยาศาสตร์ งานนี้อาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบเซลล์ที่มีการเปลี่ยนแปลงที่นำไปสู่ภาวะซึมเศร้าเป็นครั้งแรก
อีกด้านหนึ่งของความมืดมิดของภาวะซึมเศร้าคือการเรืองแสงของรางวัล ไม่มีใครสามารถระบุได้อย่างแม่นยำว่าระบบการให้รางวัลนั้นเชื่อมต่อกันอย่างไร แต่เมื่อเกิดความผิดพลาด ก็เป็นผู้เล่นหลักในการเสพติด Garret Stuber จาก
UC San Francisco และเพื่อนร่วมงานกำลังติดตามวงจรการให้รางวัลในสมองของหนูโดยทำตามแสง
ทีมของ Stuber ได้ฉีดไวรัสที่นำพา channelrhodopsin-2 เข้าไปในต่อมทอนซิล ซึ่งเป็นศูนย์ประมวลผลอารมณ์ในสมองของหนู ไวรัสสามารถเดินทางในสมองไปตามเส้นใยที่เชื่อมอะมิกดาลากับส่วนอื่นๆ ของสมอง ซึ่งรวมถึงนิวเคลียส แอคคัมเบนส์ ซึ่งก่อนหน้านี้เคยแสดงให้เห็นว่ามีความสำคัญในการเสพติด เมื่อไวรัสแพร่กระจาย มันจะแพร่ระบาดไปยังเซลล์อื่นๆ ในภูมิภาคที่นักวิจัยกำลังมองหา
การส่องแสงสีน้ำเงินบนนิวเคลียสทำให้เกิดการเชื่อมต่อกับต่อมทอนซิล ให้รางวัลแก่หนู หนูที่ได้รับการฝึกฝนให้จมูกของพวกเขาเข้าไปในรูเพื่อกระตุ้นชีพจรของแสงบนนิวเคลียส accumbens ยังคงกลับไปครั้งแล้วครั้งเล่าสำหรับแสงวาบอีกครั้งซึ่งบ่งชี้ว่าแสงวาบทำให้เกิดการตอบสนองของรางวัล แต่หนูที่ได้รับแสงวาบเพื่อกระตุ้นการเชื่อมต่อระหว่างนิวเคลียส accumbens กับเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้าดูเหมือนจะไม่ได้รับประสบการณ์ที่คุ้มค่า Stuber รายงานในการประชุมด้านประสาทวิทยา นั่นแสดงให้เห็นว่าการเชื่อมต่อระหว่างเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้าและนิวเคลียส accumbens ไม่เกี่ยวข้องกับวงจรการให้รางวัลนี้
ออปโตเจเนติกส์ยังสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวงจรที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของสมองตามปกติ Michael Häusser จาก University College London กล่าว เขาและเพื่อนร่วมงานของเขากำลังตรวจสอบการถกเถียงอันยาวนานในด้านประสาทวิทยาเกี่ยวกับวิธีที่สมองเรียกคืนความทรงจำ
การเรียนรู้เป็นความคิดที่จะกระตุ้นเครือข่ายของเซลล์ประสาท และนักวิทยาศาสตร์คิดว่าการเปิดใช้งานชุดย่อยของเซลล์ในเครือข่ายอาจกระตุ้นหน่วยความจำอีกครั้ง ก่อนออปโตเจเนติกส์ไม่มีวิธีทดสอบสมมติฐานนั้นโดยตรง
กลุ่มของ Häusser ได้นำเสนอหลักฐานเบื้องต้นที่ไม่ได้เผยแพร่ซึ่งสนับสนุนแนวคิดนี้ในการประชุมประสาทวิทยาศาสตร์ ทีมวิจัยได้ฉีดชิ้นส่วนของดีเอ็นเอเข้าไปในฮิบโปแคมปัสของหนู ซึ่งจะผลิตแชนเนลโรโดปซิน-2 ในทุกที่ที่การเปลี่ยนแปลงของเซลล์ประสาทที่เกี่ยวข้องกับการเรียนรู้เกิดขึ้น ฮิปโปแคมปัสเป็นพื้นที่ของสมองซึ่งมีความสำคัญต่อการเรียนรู้และความจำ
วันรุ่งขึ้น หนูถูกฝึกให้กลัวช็อกที่เท้า หนูที่เรียนรู้การเชื่อมต่อโทนเสียงและความตกใจหยุดนิ่ง ซึ่งเป็นการตอบสนองต่อความกลัวที่ทราบกันดีว่าเมื่อพวกเขาได้ยินเสียงนั้น แม้ว่าจะไม่มีการช็อกตามก็ตาม
แสงที่ส่องเข้ามาในฮิปโปแคมปัสยังสามารถกระตุ้นเซลล์ที่ทำให้หนูแข็งตัว ซึ่งบ่งชี้ว่าเซลล์เหล่านั้นมีส่วนในการเรียนรู้ที่จะกลัวการช็อก นักวิจัยยังทดสอบด้วยว่าการกระตุ้นเซลล์ใดๆ ในฮิบโปแคมปัสอาจทำให้เกิดการตอบสนองต่อความกลัวหรือไม่ เฉพาะเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการเรียนรู้เบื้องต้นเท่านั้นที่สามารถทำให้หนูแข็งตัวได้ นักวิจัยยังพบอีกว่าการกระตุ้นเซลล์เพียง 100 ถึง 200 เซลล์ก็เพียงพอแล้วที่จะทำซ้ำพฤติกรรม ซึ่งบ่งชี้ว่าทฤษฎีการเปิดใช้งานใหม่อาจถูกต้อง
Miesenböck คิดว่าวิชาออปโตเจเนติกส์อาจช่วยยุติข้อถกเถียงเรื่องการเปิดใช้งานใหม่นี้ และตอบคำถามพื้นฐานอื่นๆ เกี่ยวกับชีววิทยาของสมอง เช่น จังหวะที่แม่นยำของกระแสไฟฟ้าที่เซลล์ประสาทส่งออกมีความสำคัญหรือไม่ หรือเซลล์ข้างเคียงจะฟังเฉพาะรูปแบบกิจกรรมโดยเฉลี่ยเท่านั้น Miesenböck กล่าวว่า Optogenetics ยังไม่แม่นยำพอที่จะตอบคำถามนั้น และยังมีข้อจำกัดอื่นๆ บางประการ เขาสรุปจุดแข็งและจุดอ่อนของเทคนิคนี้ใน 16 ต.ค. วิทยาศาสตร์
“เทคโนโลยีออปโตเจเนติกส์แม้จะมีการปรับแต่งทั้งหมดแล้ว แต่ก็ไม่สามารถควบคุมกิจกรรมของสมาชิกแต่ละคนในกลุ่มเซลล์ประสาทได้” เขากล่าว
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
