Gewusst wie: Licht verwenden, um das Gehirn zu steuern

In dem Film Amèlieist die Hauptfigur ein Junge exzentrische Frau, die versucht, die Leben der Menschen um sie herum zum besseren zu ändern. Eines Tages findet Amèlie einen alten rostigen Blechdose der Kindheit Erinnerungen in ihrer Wohnung versteckt von einem jungen Jahrzehnte zuvor. Nach dem Aufspüren von Bretodeau, der Besitzer, lockt sie ihn, eine Telefonzelle, wo er das Feld entdeckt. Nach Öffnen der Verpackung und sehen ein paar Murmeln, ein plötzlicher Blitz von lebendigen Bildern kommen Überschwemmungen in den Sinn. Nächste, was Sie wissen, Bretodeau wird zu einer Zeit, als er auf dem Schulhof war, transportiert kriechen, um seine Taschen mit Hunderten von Murmeln während ein Lehrer Zeug schreit ihn zu beeilen.

Wir alle haben dies erlebt: eine scheinbar unbedeutende Trigger, ein Duft, ein Lied oder ein altes Foto entführt uns in eine andere Zeit und Ort. Jetzt eine Gruppe von Neurowissenschaftler haben untersucht, die spannende Frage: können ein paar Neuronen auslösen einen Speicher vollen?
In einer neuen Studie, veröffentlicht in der Naturzeigte eine Gruppe von Forschern am mit zum ersten Mal, dass es möglich ist, eine Erinnerung auf Wunsch aktivieren durch die Stimulierung nur wenige Neuronen mit Licht, mit einer Technik bekannt als Optogenetik. Optogenetik ist eine leistungsstarke Technologie, die es Forschern ermöglicht um genetisch modifizierte Neuronen mit einem kurzen Impuls des Lichtes zu steuern.

Um künstlich eine Erinnerung aktivieren, dargelegt Forscher zunächst, um die Neuronen zu identifizieren, die aktiviert werden, wenn eine Maus ein neues Memory macht. Um dies zu erreichen, konzentrierten sie sich auf einen Teil des Gehirns, den Hippocampus, bekannt für seine Rolle in lernen und Gedächtnis, vor allem für anspruchsvolle Plätze genannt. Dann wird sie ein Gen eingefügt, die in hippocampal Neuronen, um Licht zu verwenden, um die Neuronen Steuern für eine lichtempfindliche Protein kodiert.

Die lichtempfindliche Proteine im Ort gab die Forscher der Maus ein neues Memory. Sie setzen das Tier in einer Umgebung wo erhielt es einen milden Fuß Schock, das normale Angst Verhalten bei Mäusen zu entlocken: frieren in Platz. Die Maus gelernt, den Schock eine bestimmte Umgebung zugeordnet.

Als nächstes versuchten die Forscher, die große Frage zu beantworten: könnten sie künstlich den Angst-Speicher aktivieren? Sie gerichtetes Licht auf den Hippocampus, einen Teil der Nervenzellen beteiligt die Erinnerung aktivieren und die Tiere zeigten eindrucksvoll wider einfrieren. Stimulierung der Nervenzellen scheint den gesamten Speicher ausgelöst haben.

Die Forscher führten mehrere wichtige Tests, um zu bestätigen, dass es wirklich die ursprüngliche Erinnerung zurückgerufen wurde. Sie testeten Mäuse mit gleichen lichtempfindlichen Proteins, aber ohne den Schock; Sie testeten Mäuse ohne das lichtempfindliche Protein; und testeten Mäuse in einer anderen Umgebung nicht mit Angst verbunden. Keiner dieser Tests ergab die einfrierende Antwort, verstärken die Schlussfolgerung, dass der Puls des Lichts in der Tat die alte Angst Erinnerung aktiviert.

Im Jahr 2010 ernannte Optogenetik die wissenschaftliche Methode des Jahres der Zeitschrift Nature Methods. Die Technologie wurde im Jahr 2004 eine Forschergruppe an der Stanford University unter der Leitung von Karl Deisseroth, ein Mitarbeiter auf dieser Forschung eingeführt. Der entscheidende Vorteil, dass Optogenetik bietet gegenüber herkömmlichen Neurowissenschaften Techniken, wie elektrische Stimulation oder Chemikalien, ist Geschwindigkeit und Präzision. Elektrische Stimulation und Chemikalien können nur verwendet werden, um neuronale Aktivität in unspezifischer Weise und ohne präzises Timing verändern. Lichtstimulation ermöglicht die Kontrolle über eine kleine Teilmenge der Neuronen auf einer Millisekunde Zeitskala.

In den letzten Jahren hat Optogenetik leistungsstarke Einblicke in die neuronalen Grundlagen von Erkrankungen des Gehirns wie Morbus Parkinson, Depression, Angst und Schizophrenie zur Verfügung gestellt. Jetzt, im Rahmen der Gedächtnisforschung, diese Studie zeigt, dass es möglich ist, ein paar Neuronen aktivieren eine alte Erinnerung, ein Tiere Verhalten ohne alle sensorischen Input Steuern künstlich stimulieren. Dies ist bedeutsam, denn es ein neuer Ansatz bietet zu verstehen, wie komplexe Erinnerungen werden in erster Linie gebildet.

Damit Ihr implantierte Erinnerungen und Gedankenkontrolle kümmern, ist diese Technologie noch ein langer Weg von jeder menschliche Gehirne zu erreichen. Dennoch haben die ersten kleinen Schritte in Richtung der klinischen Anwendung der Optogenetik bereits begonnen. Zum Beispiel arbeitet eine Gruppe an der Brown University, auf eine drahtlose optische Elektrode, die Licht an Neuronen im menschlichen Gehirn liefern kann. Wer weiß, eines Tages, statt neue Technologie, die es uns ermöglicht, Erinnerungen Á la Eternal Sunshine of the Spotless Mind, löschen können unterziehen wir uns tatsächlich Speicher Erweiterung Therapie mit a kurze Sitzung unter den Lichtern.

Dieser Artikel erschien zuerst auf Scientific American. © 2012 ScientificAmerican.com. Alle Rechte vorbehalten. Wissenschaftlichen Amerikaner auf Twitter folgen @SciAm und @SciamBlogs. Besuchen Sie ScientificAmerican.com für die neuesten Nachrichten Wissenschaft, Gesundheit und Technik.