Banayad sa Attic: Paano Optogenetics Gumawa ng Transhuman Brain Hacking Posibleng

Ang Biology ay maraming katulad ng mga Legos dahil, ang metaphorically na pagsasalita, ang lahat ng bagay ay tulad ng mga Legos. Ang katotohanan ay ang aming mga katawan, ang aming mga mukhang cohesive wholes, ay tunay na binubuo ng hindi mabilang na mga maliit na bahagi at ang paghahalo at pagtutugma ng mga function ay mataba, duguan, at hindi na mahirap. Halimbawa - at upang makuha ang lohikal na tren rolling na ito - maaari kang gumawa ng snap sa mga neuron sa lugar na may kakayahang pagbuo at tumugon sa liwanag, sa gayon nagtatatag ng isang bagong sistema ng neurotransmitter na hindi nakakasagabal sa mga umiiral na system, isang utak sa tuktok ng utak.

Ito ang ideya sa puso (o ulo o anuman) ng bagong larangan ng optogenetics. Tulad ng maraming iba pang mga gamit sa biology, ang optogenetics ay batay sa biology ng ibang organismo na "hiniram." Sa kasong ito, ito ay isang protina na tinatawag na channelrhodopsin-2 (ChR-2), at ito ay nagmula sa berdeng algae na tinatawag na Chlamydomonas reinhardtii. Ito ay lumiliko out mayroong maraming light-sensitive ion channels tulad ng isang ito. Ang ideya ay upang bumuo ng mga bagong biological system batay sa Chr-2 brick sa pamamagitan ng brick.

Since Karl Deisseroth engineered mammalian neurons na lumago sa lab upang ipahayag ang ChR-2 noong 2005, maraming mga mananaliksik ang may tinkered sa optogenetics, gamit ito upang malaman kung aling mga neurons gawin kung ano. Halimbawa, ang isang uri ng neuron - na tinatawag na neocortical parvalbumin neurons - ay binubuo ng 40-cycles-per-second rhythms sa utak ("gamma oscillations"). Ito ay kilala sa ilang panahon na ang mga gamma oscillations ay abnormal sa parehong mga pasyente ng schizophrenic at autistic, kaya ang mga bagong estratehiya upang mag-imbestiga at potensyal na iwasto ang mga selyula na ito ay kasalukuyang ginagawa. Ito ay isang partikular na nakakaintriga na diskarte. Kahit na ang pinagmulan ng genetika ng indibidwal ay gumagawa ng abnormal na resulta sa mga selula na ito, kung ang mga siyentipiko ay maaaring i-override lamang ang resulta, pagkatapos ay hindi mahalaga ang mga genetika.

Higit pang mga kamakailan lamang, ang mga siyentipiko ay nagsimula na rin sa pag-eksperimento sa ideya ng paglikha ng mga optogenetic network gamit ang bioluminescent cells. Sa partikular, ang focus ay sa uri ng bioluminescence na natuklasan ni Osamu Shimomura noong 1962, na mula sa jellyfish na Aequorea victoria at tumutugon sa ilaw (Nakakuha si Shimomura ng isang Nobel para sa kanyang pananaliksik). Ang liwanag na lumilikha ng mga cell at mga light-sensitive na mga cell ay - upang maulit ang talinghaga - tulad ng dalawang panig ng isang Lego.

Sa pamamagitan ng paghikayat sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang uri ng cell na ito, ang mga siyentipiko ay maaaring makamit ang walang kapantay na antas ng neuronal na katumpakan. Makakakuha din sila ng mga selula ng optogenetic upang tumugon sa liwanag na walang gluing isang flashlight sa ulo ng isang mouse, na kung saan ay cool - lalo na para sa mouse.

Ngunit ano ang tungkol sa mga application? Ang isang posibilidad ay upang gawin ang mga mismong mga selula na tumugon sa liwanag, bumuo ito. Kaya kapag ang mga ito ay biyolohikal na function kicks sa - sabihin gumawa sila leptin o ghrelin, at samakatuwid ayusin ang iyong gana sa pagkain - sila rin ang ilaw at ma-trigger ang sistema. Sa paggawa nito, ang mga siyentipiko ay maaaring maibalik ang halaga ng ghrelin na ginawa upang ang mga tao ay mas madalas na magugutom. O maaari nilang mag-tweak ang halaga ng insulin na inilabas bilang tugon sa mga asukal sa asukal sa dugo. O maaari nilang bahain ang zone na may adrenaline kapag ang mga paksa ay pagod.

Bilang kahalili, maaari i-hack ang umiiral na mga system. Halimbawa, sa pamamagitan ng optogenetically engineer inhibitory neurons sa amygdala upang tumugon sa liwanag, at pag-activate ng mga neuron sa amygdala upang makabuo ng liwanag na mga mananaliksik ay maaaring mag-rewire ng mga neuron ng inhibitor ng mga tao upang mapangibabawan ang kanilang pagkahilig o pagkabalisa. Wala nang pagkabalisa. (Ito ay maaring humantong sa isang tumalon sa kawalan ng trabaho bilang mga tao uri ng malihis off upang ituloy ang kanilang kagalakan.)

Maaari pa rin tayong maghanap ng posibilidad: Marahil ay maaari naming mag-isip ng isang sistema kung saan ang bawat neuron sa network ay nagpapahayag ng sariling kulay, at ang mga optogenetic cell ay nangangailangan ng pag-activate ng bawat channel para maisakatuparan ang kanilang epekto. Kaya sa halip ng isang solong neuron pagpapaputok, isang buong memorya ay dapat na-activate upang ang system upang gumana. Marahil ang masamang epekto ng ilang mga alaala ay maaaring diligin. O kaya ang buong bagay ay maaaring gawin upang tumugon sa isang gamot upang ito ay kaya ng pagiging naka-on o off ng gumagamit.

Sa anumang kaso, mayroon pa ring mga pangunahing pang-agham at regulasyon na mga hadlang bago magsimula ang pagsulat ng Sci-fi na ito. Upang ilagay ang mga bagay sa pananaw, ang FDA ay hindi pa aprubahan ang anumang mga pamamaraan ng therapy ng gene, at isa lamang na pamamaraan ang naaprubahan sa Europa. Ang mga bagay na ito ay isang mahabang paraan.

Ngunit ito ay darating.

At ito ay hindi nawala sa mga mananaliksik na ang mga optogenetic cells ay maaari ring gumana sa hardware - na hindi lamang namin maaaring i-hack ang aming mga system gamit ang mga umuusbong na mga teknolohiya, ngunit mag-plug ating sarili sa mas malaking sistema. Ang Biology ay tulad ng mga Legos, ngunit ito ay mas katulad ng mga Legos kaysa sa maaaring ito. Asahan na magbago.