Portál Science Alert priniesol informácie o zaujímavom výskume, ktorý môže znamenať zásadný pokrok v neurovede. Vedcom sa totižto podarilo pomocou umelých neurónov a svetla komunikovať s biologickými neurónmi.

Rovnako ako okuliare môžu pomôcť očiam lepšie vidieť, alebo umelé protézy, ktoré dokážu čiastočne nahradiť končatiny, existuje nádej, že jedného dňa budú vedci schopní vytvoriť umelú mozgovú hmotu schopnú nahradiť časti mozgu, ktoré už nefungujú správne. V tomto prípade ale nejde o žiadne sci-fi, ale skutočnú vednú disciplínu, na ktorej vedci aktívne pracujú.

Pokrok v neurotickej protetike

Medzinárodnému tímu vedcov sa podarilo vyvinúť základ neurotickej protetiky, ktorá na rozdiel od predchádzajúcich zariadení využívajúcich elektrické rozhrania, používa svetlo ako komunikačné médium s neurónmi.

Táto technológia spadá do oboru optogenetiky a poskytuje väčšiu kontrolu zacielenia na neuróny, ako ekvivalenty využívajúce elektrické komunikačné rozhrania.

„Pokrok v optogenetickej technológii nám umožnil presne zacieľovať neuróny vo veľmi malej oblasti našej biologickej neurónovej siete,“ uviedol biomedicínsky inžinier Timothée Levi z Tokijskej univerzity.

Optogenetika nie je len o technológii samotnej, ale zahŕňa tiež modifikáciu biologických neurónov. Tri až štyri týždne staré laboratórne pestované biologické nervové siete boli geneticky upravené tak, aby produkovali svetlo citlivé proteíny pochádzajúce z rias, zvané opsinové proteíny. To umožnilo jednotlivým neurónom reagovať na modré svetlo.

Zobraziť celú galériu (3)

Schematické zobrazenie pokusu, ktorý vedci použili pri zaznamenaní odpovede neurónov na modré svetlo. Zdroj: Nature

Vedci boli navyše schopní týmto spôsobom modifikovať len konkrétnu časť nervovej siete, prípadne len jednotlivé neuróny. Následne použili modifikovanú umelú nervovú sieť k produkcii binárnych rytmov modrého svetla zameraných na oblasť 0,8 x 0,8 milimetra v rámci väčšej biologickej siete.

Tento proces môžeš vidieť na obrázku nižšie.

Na prekvapenie vedcov, biologické neuróny na tieto rytmy odpovedali prostredníctvom zmien svojho vlastného rytmu, a to nielen v lokálnych častiach nervovej siete, ale aj v celej sieti. Ich odozvu vedci zaznamenali pomocou vápnikových zobrazovacích zariadení a elektródových senzorov.

„Kľúčom k nášmu úspechu bolo pochopenie, že rytmy umelých neurónov sa musia zhodovať s rytmami skutočných neurónov,“ vysvetlil Levi. „Keď sme to dokázali, biologická sieť dokázala reagovať na„ melódie“ zaslané umelou sieťou.“

Multi-elektródové pole použité na zaznamenanie odozvy biologických neurónov ale bolo 4-krát väčšie ako stimulovaná oblasť. Vedci preto poukazujú na to, že pravdepodobne nemuseli zachytiť úplnú reakciu neurónov. Experimenty ale napriek tomu stále poskytujú dôležité informácie pre vytváranie efektívnej neuro-protetickej komunikácie.

Zobraziť celú galériu (3)

Multi-elektródové pole použité na meranie odozvy neurónov. Samotné odozvy sú zobrazené modrými priebehmi. Zdroj: Nature

Vedci zároveň vysvetľujú, že ich schopnosť zacieliť na veľmi malú skupinu neurónov sľubuje vyšší prenos informácií pre budúce zariadenia, ktoré bude možné zamerať dokonca až na úrovni jedného neurónu. Od skutočných hybridných ľudských mozgov sme ale ešte skutočne veľmi ďaleko.