Инженеры из Северо-Западного университета в США впервые запрограммировали мышей в реальном времени так, чтобы те начали общаться друг с другом.
Это стало возможно благодаря последним технологическим достижениям, прежде всего в оптогенетике (управлении нейронами с помощью света). Подобный эксперимент был невозможен до изобретения беспроводных мозговых имплантатов, которые не ограничивают движения животных и позволяют учёным наблюдать за их естественным поведением в лабораторных условиях.
Тонкий и гибкий беспроводной имплантат позволяет животному выглядеть "нормально" и свободно передвигаться. До этого для проведения оптогенетических исследований требовался волоконно-оптический кабель, который ограничивал перемещения мышей, мог запутаться и всячески мешал изучению естественного поведения животных.
"Мозговая активность отдельной особи тоже представляет интерес, однако переход от изучения индивидуумов к исследованию сложных, взаимодействующих между собой групп животных является одним из важнейших и волнительных достижений в нейронауке. Теперь у нас есть технологии, позволяющие изучать формирование и исчезновение связей между особями, а также социальную иерархию, возникающую благодаря этим связям", – объясняет соавтор работы инженер Джон Роджерс (John A. Rogers) из Северо-Западного университета.
Что такое оптогенетика
В 2005 году оптогенетика стала новым словом в неврологии и нейропсихологии. Она позволяет изучать работу отдельных нейронов или групп нейронов с беспрецедентной точностью. Для этого исследователи изменяют нейроны живых мышей так, чтобы в них началась экспрессия модифицированного гена светочувствительных водорослей. Это позволяет учёным использовать внешний источник света, чтобы контролировать мозговую активность животного.
Всё это звучит как сюжет из научной фантастики. Однако учёные считают, что не за горами тот день, когда с помощью оптогенетики можно будет лечить потерю зрения и даже паралич. Правда, этот метод пока нельзя применять на людях, ведь он основан на генетической инженерии.
Дистанционное управление в реальном времени
Устройство, которое позволило учёным совершить прорыв в оптогенетических исследованиях, крепится на внешней поверхности черепа животного. Тонкое (толщиной всего в полмиллиметра) устройство крепится к гибкому нитевидному зонду со светодиодом на конце, который проникает прямиком в мозг через крохотное отверстие в черепе.
В устройстве применяются протоколы NFC, те же самые, что позволяют проводить бесконтактные платежи со смартфона. Это позволяет исследователям удалённо управлять лучом света с помощью специального компьютерного интерфейса.
Тяжёлую и громоздкую батарею этому устройству заменила антенна, подающая питание в пределах вольера с животными.
Дружите! Не дружите!
Чтобы проверить на практике работу новой технологии, исследователи решили "поуправлять" социальными связями пар и даже групп мышей.
Когда мыши приближались друг к другу в ограниченном пространстве, учёные с помощью дистанционного управления синхронно активировали в коре головного мозга этих животных определённые области. Это заставляло мышей чаще и дольше взаимодействовать друг с другом. Рассинхронизация стимуляции вызывала сокращение контактов этих же двух мышей. В групповых условиях исследователи могли заставить выбранную случайным образом пару мышей контактировать друг с другом чаще других.
Авторы работы признаются, что сами не верили в успех эксперимента. Однако им удалось получить первое прямое доказательство того, что в социальном поведении важную роль играет нейронная синхронность двух особей.
То есть, если только одному условному индивиду "охота" пообщаться, ему вряд ли удастся социализироваться даже в толпе себе подобных. Учёные смогли продемонстрировать, что для социального контакта необходимо, чтобы у двух особей одновременно работали центры в мозге, отвечающие за такое стремление.
Это захватывающее исследование было опубликовано в научном журнале Nature Neuroscience.
Ранее мы писали о том, что с помощью оптогенетики удалось восстановить утраченную память и даже превратить плохие воспоминания в хорошие. Также мы сообщали о том, что методы оптогенетики заставили организм производить инсулин по требованию, а живых стрекоз превратили в мини-дронов на дистанционном управлении.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".
