Испанские ученые из исследовательского центра ICFO создали новый способ управления активностью нейронов на основе фотонов. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Methods.
Среди существующих методов управления нейронной активностью выделяют три: с помощью медикаментозных препаратов, электрической стимуляции или фототерапии посредством световых импульсов. Однако в последнем случае много сложностей: свет необходимо применять точечно, очень близко к нейронам, чтобы достичь достаточной эффективности на уровне синапсиса, так как свет легко рассеивается в мозговой ткани. Кроме того, это часто инвазивный метод, подразумевающий проникновение под черепную коробку.
Чтобы решить эти проблемы, специалисты разработали специальную систему PhAST (Photons As Synaptic Transmitters) на основе воздействия фотонов. В этом случае фотоны выполняют роль нейромедиаторов для управления нейронной активностью. Дальнейшие эксперименты проводились на генетически модифицированных круглых червях Caenorhabditis elegans, у которых неправильно работали нейромедиаторы, что делало их нечувствительными к механическим раздражителям. Эти дефекты ученые стремились преодолеть с помощью PhAST.
В итоге специалисты смогли установить новую передачу между двумя несвязанными клетками. Также они подавляли реакцию подопытных на болевой стимул, и меняли их реакцию с привлекательного на вызывающий отвращение при воздействии на обонятельные рецепторы.
Связь между нейронами в мозге осуществляется как физическими сигналами с помощью электрических импульсов, так и химическими с помощью нейромедиаторов. Последние высвобождаются из одного нейрона и, переходя от одной клетки к другой, достигают цели. Эти сигналы необходимы для обработки сенсорной информации, принятия решений и формирования поведения.
Контроль связей между нейронами важен для лечения различных неврологических расстройств через перепрограммирование клеток или устранение повреждений, а также для улучшения способностей к обучению.