Inżynieria mózgu

W ostatnim stuleciu nastąpił ogromny postęp w zrozumieniu tych aspektów obliczeń neuronowych, które można badać poprzez eksperymenty na jednej lub kilku komórkach – na przykład, w jaki sposób synapsy umożliwiają neuronowi porozumiewanie się z jednym z sąsiadów. Jednak zjawiska, które zainteresowały wielu neuronaukowców przede wszystkim mózgiem – uczenie się, emocje, świadomość i tajemnicze zaburzenia, takie jak depresja i schizofrenia – pozostają trudne do wyjaśnienia poprzez eksperymenty na jednej lub nawet kilku komórkach. Tysiące lub miliony komórek, liczące się jako zespół, są odpowiedzialne za praktycznie wszystkie nasze zachowania, a także za ich zaburzenia.

Ze względu na złożoność obwodów neuronowych praktyka neuronauki systemów pozostaje sztuką piękną. Poza pojedynczym neuronem szczegóły obliczeniowe większości obwodów neuronalnych w mózgu pozostają niejasne.

Ta historia była częścią naszego wydania z marca 2007 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Zanim zostałem neurobiologiem, szkoliłem się jako fizyk i inżynier. Postanowiłem więc spróbować wymyślić narzędzia, które pomogą rozwiązać stare, nieustępliwe problemy normalnego i patologicznego mózgu. Założyłem nową grupę badawczą w MIT Media Lab w celu opracowania technologii kontrolowania aktywności neuronalnej i wykorzystania ich do znalezienia i zaprojektowania elementów obwodów pośredniczących w określonych stanach i zachowaniach. Będziemy również stosować te technologie do opracowywania bardziej ukierunkowanych i nieinwazyjnych strategii korygowania zaburzeń mózgu. Wysiłki te mogą umożliwić neurologom lepsze zrozumienie powiązań między aktywnością obwodów neuronalnych a stanami, takimi jak depresja (patrz Kontrola neuronów).

W 2005 roku udało mi się, wraz z moimi kolegami z Instytutu Biofizyki Maxa Plancka i Uniwersytetu Stanforda, spowodować, że określone neurony wystrzeliwują kolce dokładnie w odpowiedzi na krótkie impulsy niebieskiego światła, poprzez ekspresję w neuronach unikalnego białka błonowego z zielonego glony (patrz Artificially Firing Neurons , wrzesień/październik 2006). Moje laboratorium opracowuje zautomatyzowane protokoły do ​​korzystania z tej techniki i innych narzędzi kontroli neuronowej, które wymyślamy, aby systematycznie ujawniać wzorce aktywności i zachowania obwodów, w których pośredniczy określony neuron lub zestaw neuronów. Badamy również systematyczne wykorzystanie technologii kontroli neuronalnej do korygowania deficytów neurologicznych i psychiatrycznych oraz poprawy funkcji poznawczych.

Nasze mózgi są ostatecznym interfejsem między nami a światem. Bezpośrednia inżynieria tego interfejsu może dać nam nowy wgląd w to, jak odczuwamy doznania, decydować o działaniach i stawać się świadomym siebie – oraz umożliwiać nowe sposoby komunikacji, protezy nerwowe i wspomaganie poznawcze. Pytanie, w jaki sposób subiektywnie doświadczamy rzeczywistości, jest jednym z wielkich nierozwiązanych problemów wszechczasów i aby odpowiedzieć, będzie wymagało nowych narzędzi i współpracy między dyscyplinami. Wierzę, że w tych poszukiwaniach niezbędne będą umiejętności i wysiłki neuroinżynierów.

Edward Boyden jest adiunktem w MIT Media Lab, gdzie kieruje nowym laboratorium neuroinżynierii i neuromediów.

ukryć