Badacze ETH opracowują interfejs genetyczny kontrolowany przez myśli

Ostatnio widzieliśmy wiele ciekawych eksperymentów z EEG. Naukowcy wykorzystali te sygnały mózgowe do: latać zabawkowym helikopterem , robić drganie szczurzego ogona , obsługuj komputer typu tablet i zdobądź paraplegię w egzoszkielecie, aby kopnął piłkę na Mistrzostwach Świata (patrz Demo kontroli umysłu na Mistrzostwach Świata w obliczu ostatecznych terminów, krytycy ).

Teraz Marc Folcher, Martin Fussenegger i koledzy z ETH Zurich w Szwajcarii poszli o krok dalej. Wykorzystali EEG, aby dać ludzkim ochotnikom bezpośrednią kontrolę mózgu nad aktywnością żywych komórek, technologię, którą nazywają pierwszym na świecie interfejsem genetycznym umysłu.

Korzystając z zaprojektowanego interfejsu, zespół ETH wykazał, że ochotnik noszący czapkę EEG może wykorzystać swoje myśli do wywołania produkcji określonego białka, zwanego SEAP, w ludzkich komórkach nerkowych rosnących na szalce Petriego. Mógł również włączyć dostawy komórek, które zostały wszczepione pod skórę myszy laboratoryjnych.

Badanie jest interesujące, ponieważ pokazuje, jak mogą funkcjonować futurystyczne implanty mózgowe, pisze Folcher i firma w tym tygodniu Komunikacja przyrodnicza . Takie urządzenia, jak spekulują autorzy ETH, mogą wyczuwać odczuwane przez osobę uczucie bólu (lub być może zbliżający się napad padaczkowy), a następnie automatycznie wyzwalać komórki mózgowe do wypompowania przydatnego leku biotechnologicznego.

Aby zbudować interfejs, zespół ETH połączył trzy technologie, z których każda jest ekscytująca sama w sobie: interfejsy mózg-komputer, biologia syntetyczna i optogenetyka.

Najpierw zmodyfikowali komórki nerki za pomocą bakteryjnego DNA, tworząc coś, co biolodzy syntetyczni nazywają przełącznikiem genetycznym – serią genów, które razem działają, aby włączyć produkcję konkretnego białka, w tym przypadku SEAP.

Aby uruchomić ten przełącznik do pozycji włączonej, gang ETH wykorzystał optogenetykę, dodając gen z fioletowej bakterii Rhodobacter sphaeroides, która wytwarza światłoczułą cząsteczkę. Teraz, kiedy użyli światła LED, aby skierować na komórki trochę bliskiej podczerwieni, przełącznik przeskoczył i natychmiast zaczęli tworzyć SEAP.

Jak na razie dobrze. Ale aby ukończyć swój cybernetyczny wyczyn, naukowcy zlecili ochotnikom wykonanie czepków EEG – to pokryta elektrodą tkanina, która odbiera fale elektryczne z mózgu. Fale te mogą być z grubsza kontrolowane przez osobę, jeśli się skoncentrują. EEG samo w sobie nie jest niczym nowym — oto wideo Johna Lennona Beatlesów używającego EEG do sterowania instrumentem muzycznym w latach 70.

Jednak zespół ETH chciał być pierwszym, który zamieni ludzkie myśli w impulsy elektryczne, następnie w światło i wreszcie w białka. Zrobili to, prosząc ochotników o użycie swoich fal mózgowych do włączenia światła LED, co zmusiło komórki do wytworzenia białka SEAP. Podsumowując, powiedzmy Folcher i spółka, zaprojektowaliśmy interfejs genetyczny umysłu, który wykorzystuje fale mózgowe do zdalnej, bezprzewodowej kontroli transkrypcji docelowych genów.

Możesz zapytać, o co chodzi. Jedną z odpowiedzi jest to, że wielu naukowców jest obecnie zainteresowanych implantami mózgowymi nowej generacji. Mają nadzieję na poprawę stymulacji głębokiego mózgu, technologii medycznej szeroko stosowanej w celu powstrzymania drżenia choroby Parkinsona. Te implanty mózgowe zatrzymują drżenie za pomocą drutu umieszczonego w obszarze mózgu zwanym wzgórzem. Pacjent włącza go i dostaje dość silny prąd elektryczny, który natychmiast powoduje ustąpienie wstrząsów. To technologia, która czyni cuda, chociaż nikt nie jest pewien, jak to działa.

Prace nad przyszłymi implantami już się rozpoczęły – i mogą one działać tak, jak przewiduje zespół ETH. Na przykład Fundacja Michaela J. Foxa zajmująca się badaniami Parksinsona płaci za badania nad zastąpieniem elektrod światłowodowych w stymulatorach głębokiego mózgu. Zamiast wstrząsów elektrycznych wysyła impulsy światła do kontrolowania neuronów, które nie funkcjonują prawidłowo w chorobie Parkinsona.

Równie ważna dla implantów nowej generacji jest idea bezpośredniej kontroli mózgu. Zamiast konieczności ręcznego włączania urządzenia przez pacjenta, tak zwanego systemu otwartej pętli, celem jest zamknięcie pętli za pomocą implantu, który może odczytywać sygnały mózgowe i wiedzieć, kiedy zaczyna się drżenie. W ten sposób implant reagowałby automatycznie, gdy konieczne jest leczenie.

Oznacza to, że szalony interfejs umysłu-DNA zespołu ETH wcale nie jest taki szalony.

ukryć