در روش‌های رایج کنترل فعالیت سلول‌های عصبی، به ایمپلنت‌های مغزی و نخاعی نیاز است. از فیبرهای نوری تا ایمپلنت‌های بی‌سیم بسیار کوچک و ایمپلنت‌های ستون فقرات از جراحی و روش‌های تهاجمی استفاده می‌کنند. پژوهشگر علوم اعصاب و مهندسی زیستی دانشگاه استنفورد در جدیدترین پژوهش خود، به روشی جایگزینی دست یافته است که بدون جراحی و روش تهاجمی بتواند نورون‌های مغزی را با سرعت و در عمق مغز تحریک کند. او با کمک فناوری نوین اپتوژنتیک و روش غیرتهاجمی، با تاباندن نور قرمز بر جمجمه‌ی موش‌ها، سلول‌های عصبی را در عمق ۷ میلی‌متری مغز و با دقت میلی ثانیه، فعال و غیرفعال کردند. با مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

فناوری اپتوژنتیک (Optogenetics)

فناوری اپتوژنتیک همان‌طور که از نامش پیداست فناوری استفاده همزمان از اپتیک و ژنتیک با هدف تصویربرداری و مطالعه عملکردهای مغزی و به طور کلی تشخیص عملکرد سلول‌های خاص در بافت‌های زنده تعریف می‌شود.

میزان حساسیت نوری از عناصر مهم در روش اپتوژنتیک به شمار می‌آید که امکان مطالعه‌ی عملکرد دقیق و خاص سامانه‌ی عصبی بدن را فراهم می‌کند. وارد کردن ابزارهای کنترلی در نورون‌ها نقطه آغاز این شاخه از فناوری به شمار می‌آید. این ابزارها، ژن‌های اپسین هستند که به صورت ایمن، نورون‌ها را به منظور تشخیص نور و ایجاد عملکرد سریع در پی تابش نور، توانمند می‌کنند.

اپسین‌ها (opsin) پروتئین‌های غشایی حساس به نوردر غشای سلول‌های مغزی هستند. واکنش اپسین‌ها نسبت به نور، سبب فعال شدن یا غیرفعال شدن سلول مغزی می‌شود. برای اینکه فعالیت نورون‌ها بطور مصنوعی کنترل شود باید یک پروتئین حساس به نور در غشای آنها بیان شود.

فناوری اپتوژنتیک تاکنون برای نقشه‌برداری از مسیرهای مغزی، شناسایی چگونگی تنظیم مغز در بروز رفتارهای پیچیده، ایجاد خاطرات غیرواقعی در موش به کار رفته است. همچنین از این فناوری‌ برای توسعه‌ی ضربان‌ساز مصنوعی قلب استفاده شده است.

فناوری اپتوژنتیک بدون نیاز به جراحی

نخستین بار، Karl Deisseroth، دانشمند علوم اعصاب و مهندس زیستی دانشگاه استنفورد، از نور برای کنترل سلول‌های مغزی در یک ظرف استفاده کرد. پس از این نوآوری، این پرسش‌ها به وجود آمد: آیا می‌توان این روش را برای موجودات زنده به کار برد؟ آیا با این روش، می‌توان دیگر انواع سلول‌های زنده‌ی بدن را کنترل کرد؟ و در پایان، آیا به کارگیری این روش بدون قرارگیری ایمپلنت منبع نور در مغز و با روش‌های غیرتهاجمی امکان‌پذیر است؟

در طول سال‌ها، از زمان آزمایش پیشرو سال ۲۰۰۴ تاکنون، Deisseroth به همراه گروه پژوهشی خود و همچنین دیگر گروه‌های پژوهشی به پرسش نخست و دوم پاسخ دادند. امکان به کارگیری این روش برای موجودات زنده و دیگر انواع سلول‌های زنده وجود دارد. ماه گذشته، پاسخ پرسش سوم نیز مشخص شد. پژوهشگران توانسنتد نسخه‌ی غیرتهاجمی این فناوری را بدون نیاز به ایمپلنت ارائه کنند. این نخستین بار بود که با کمک فناوری اپتوژنتیک، سلول‌های مغزی را بدون جراحی فعال و غیرفعال کردند. این دستاورد، پایانی خوش برای ۱۶ سال پژوهش در زمینه‌ی اپتوژنتیک است. نتیجه‌ی این پژوهش در مجله‌ی Nature Biotechnology به چاپ رسیده است.

روش جدید و غیرتهاجمی اپتوژنتیک می‌تواند در عمق باور نکردنی بافت زنده‌ی مغز، مدارهای عصبی را بدون جراحی کنترل کند.

در ماه آوریل، Guoping Feng در دانشگاه MIT با همکاری Deisseroth سامانه‌‌ی اپتوژنتیک ارائه دادند. در این روش، باید سوراخ بسیار کوچکی در جمجمه ایجاد می‌کردند. در این روش، امکان کنترل نورون‌ها با نور آبی در عمق ۶ میلی متری مغز ایجاد شد.

پژوهشگران استنفورد در سلول‌های مغزی موش‌ها، اپسین قدرتمندی به نام ChRmine بیان کردند. آنها با تاباندن نور قرمز بر جمجمه‌ی موش، مدارهای عصبی را در عمق ۷ میلی‌متری و با دقت میلی ثانیه، فعال و غیرفعال کردند. آن‌ها برای جلوگیری از حمله‌ی صرع موش‌های مبتلا به صرع روش جدید خود را به کار بردند. در گروه دیگری از موش‌ها، نورون‌های تولیدکننده سروتونین را برای ارتقای رفتار اجتماعی موش‌ها فعال کردند.

اغلب روش‌های بر پایه‌ی اپتوژنتیک شامل تزریق اپسین‌های ویروسی از طریق سوزن به مغز است. در روش جدید دانشگاه استنفورد، دیگر نیازی به تزریق اپسین به مغز نیست. آنها از نوعی ویروس PHP استفاده کردند که از طریق تزریق در خون از سد خونی مغز عبور می‌کند تا محموله‌ی خود که نوعی ژن اپسین است به سلول‌های عصبی مغز برساند.

بیشتر بخوانیم:

>>ایمپلنت عصبی و مغزی چگونه کار می کند ؟
>>ایمپلنت مغزی چگونه بینایی را به نابینایان باز می گرداند ؟
>>۱۵ ربات پزشکی که دنیا را دگرگون می کنند

منبع: spectrum.ieee.org

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»