ما هي العلاقة بين الضوء الأزرق، والتنشيط النوعي للخلايا العصبية (الخلايا العصبية) في الدماغ، والتحكم في سلوك الحيوانات، وإيجاد آليات الأمراض العصبية المختلفة، وربما علاجها أيضًا؟ الجواب هو علم البصريات الوراثي - وهو أسلوب جديد نسبيًا يجمع بين الهندسة الوراثية وتقنيات من عالم الفيزياء (مثل نبضات الضوء السريعة والدقيقة، واستخدام الألياف الضوئية)، من أجل التنشيط المحدد والدقيق للشبكات العصبية في الدماغ. ، باستخدام الضوء.
ما هي العلاقة بين الضوء الأزرق، والتنشيط النوعي للخلايا العصبية (الخلايا العصبية) في الدماغ، والتحكم في سلوك الحيوانات، وإيجاد آليات الأمراض العصبية المختلفة، وربما علاجها أيضًا؟ الجواب هو علم البصريات الوراثي - وهو أسلوب جديد نسبيًا يجمع بين الهندسة الوراثية وتقنيات من عالم الفيزياء (مثل نبضات الضوء السريعة والدقيقة، واستخدام الألياف الضوئية)، من أجل التنشيط المحدد والدقيق للشبكات العصبية في الدماغ. ، باستخدام الضوء.
لنبدأ من النهاية: بتاريخ 26.07.12 نُشرت نتائج دراسة في مجلة Current Biology، استخدم فيها الباحثون أساليب علم البصريات الوراثي من أجل التحكم في سلوك القرود. إن السلوك المعني هو في الواقع حركة عيون القرد، ولكنه دليل على مبدأ أن هذه الطريقة، التي تم تطبيقها في الماضي على حيوانات مختلفة، يمكن أن تنجح أيضًا في القرود.
يتم تنشيط الخلايا العصبية (الخلايا العصبية) في الدماغ، بشكل عام، عن طريق التغيرات الكهروكيميائية في الخلايا، والتي تمكن من ترجمة سلسلة التركيز الكيميائي (عادة أيونات موجبة الشحنة)، لإنشاء تيار كهربائي (يعرف باسم جهد الفعل) ). في الطبيعة، يتم تحقيق هذه القدرة عادة عن طريق قنوات أيونية مختلفة موجودة في غشاء الخلية للخلايا العصبية، والتي تفتح وفقًا لإشارات مختلفة. كان التحكم المحدد في تنشيط الخلايا العصبية في الدماغ يتضمن حتى وقت قريب "تجاوز" هذه القنوات، باستخدام الأقطاب الكهربائية، لتوليد الإشارة الكهربائية (إمكانية الفعل) بشكل استباقي. اليوم، باستخدام الهندسة الوراثية، من الممكن التحكم في التنشيط التلقائي للخلايا العصبية عن طريق الضوء أيضًا. وفي قاعدة هذه الطريقة توجد بروتينات تسمى الأوبسينات، والتي يتم تنشيطها في الطبيعة عن طريق إشارة ضوئية. توجد أنواع مختلفة من الأوبسينات، على سبيل المثال، في العين، وتمكن من تحويل الضوء إلى نشاط كهربائي عصبي. توجد الأوبسينات الأخرى، على سبيل المثال، في العديد من الكائنات وحيدة الخلية (هذه هي الأوبسينات التي تستخدم عادة في علم البصريات الوراثي). وبما أن هذه البروتينات مشفرة في الحمض النووي للمخلوق ذي الصلة، فيمكن زرع الأوبسينات، عن طريق الهندسة الوراثية، حتى على الخلايا العصبية التي لا ينبغي لها عادة التعبير عنها. بمجرد أن تعبر الخلية العصبية عن الأوبسين، يمكن تنشيطها باستخدام الضوء (في الطول الموجي المناسب، على سبيل المثال - الضوء الأزرق في هذه الحالة).
تتميز هذه الطريقة بالعديد من المزايا مقارنة بالطريقة الكلاسيكية لاستخدام الأقطاب الكهربائية: أ. لا حاجة لاستخدام الأقطاب الكهربائية. هناك حالات يكون فيها التنشيط باستخدام الضوء سهلاً نسبيًا ويمكن الوصول إليه. على سبيل المثال - في الخلايا المزروعة في المزرعة، أو في الدودة الصغيرة والشفافة C. elegans، والتي تستخدم كنموذج في العديد من الدراسات. وفي حالات أخرى، على سبيل المثال في الفئران أو القرود، من الضروري بالطبع إدخال مصدر الضوء في المنطقة ذات الصلة من الدماغ (على الرغم من أنه في مناطق الدماغ القريبة من السطح، مثل القشرة الدماغية، التي تربط الضوء) مصدر الضوء إلى الجمجمة قد يكون كافيا). وهنا يأتي دور التقنيات الفيزيائية المختلفة، مثل الألياف الضوئية. ب. يمكن توجيه الضوء إلى المكان المطلوب في الوقت المطلوب، وبالتالي تحقيق تحكم أكثر دقة في التنشيط (ذو صلة على سبيل المثال بالمخلوقات التي تتحرك أثناء التجربة، عندما يكون تنشيط الضوء خارجيًا، على سبيل المثال في الديدان). ثالث. من خلال التلاعبات المختلفة في الهندسة الوراثية، من الممكن تحديد أن الأوبسينات سيتم التعبير عنها فقط في نوع معين من الخلايا العصبية. على سبيل المثال، يمكن تنشيط هذه الخلايا العصبية على وجه التحديد، في حين لا يتم تنشيط الخلايا العصبية المجاورة لها (على الرغم من أن الضوء يضربها جميعًا). رابع. ومن خلال طرق أخرى للهندسة الوراثية، من الممكن "التلاعب" بـ "تعليمات التشغيل". على سبيل المثال، من الممكن أن يتسبب الضوء الأزرق في تنشيط الخلايا العصبية، بينما يمنع الضوء الأخضر تنشيطها، وهكذا.
أجريت الدراسة المذكورة أعلاه على القرود من قبل باحثين من الولايات المتحدة الأمريكية وبلجيكا بقيادة ويم فاندوفيل. وتم تدريب القرود على متابعة بعض الأهداف بأعينهم على شاشة الكمبيوتر. عندما قاموا بتنشيط مناطق معينة من أدمغة القرود، باستخدام الضوء وعلم البصريات الوراثي، لاحظ الباحثون تحسنًا ملحوظًا في سرعة التتبع. بالإضافة إلى ذلك، تابع الباحثون نشاط دماغ القرود باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي، حتى يتمكنوا من رؤية المناطق التي تم تنشيطها بالضبط، بما في ذلك المناطق البعيدة عن منطقة التحفيز. (أنظر رابط ملخص المقال في نهاية المقال).
أفترض أنه في هذه المرحلة يتخيل العديد من القراء أنفسهم يدخلون المنزل، وبجوار مفتاح ضوء غرفة المعيشة، يقومون بتشغيل مفتاح الضوء الأخضر للقرد، والذي بدوره يعدهم بالقهوة، أو شيء من هذا القبيل. وبطبيعة الحال، فإن الغرض من هذه التجارب ليس السيطرة على سلوك الحيوانات، بل تعزيز البحث العلمي، بما في ذلك دراسة الأمراض المختلفة، وربما حتى علاجها في المستقبل. وقد سبق هذا البحث في السنوات الأخيرة العديد من الدراسات التي استخدمت هذه الطريقة (علم البصريات الوراثي) لدراسة السلوك والأمراض في مجموعة واسعة من الحيوانات.
على سبيل المثال، باستخدام علم البصريات الوراثي، تمكن الباحثون من التأثير على حركة الدودة الصغيرة والشفافة C. elegans، وحتى وضع بيضها. وفي دراسة أخرى، قام الباحثون بتنشيط نوع معين من الخلايا العصبية في العمود الفقري ليرقات الأسماك، ولاحظوا أن تنشيطها يسبب حركات في ذيل اليرقة (مرحلة نمو مبكرة في حياة السمكة)، تسمح بالحركة إلى الأمام. وهذه الخلايا معروفة لدى العلم منذ حوالي 75 عاما، ولكن حتى هذه الدراسة لم يعرفوا ما هو دورها بالضبط، وذلك بسبب صعوبة دراستها بالطرق الكلاسيكية. وفي الدراسات التي استخدمت علم البصريات الوراثي في الفئران، تمكن الباحثون من تحسين المعرفة العلمية حول السلوكيات والأمراض المختلفة. بدءاً بدراسة مرض باركنسون، مروراً بالمشاعر مثل الخوف أو الجوع، وصولاً إلى إدمان الكوكايين، والتغلب عليه (انظر روابط ملخصات المقالات في نهاية المقال). إن التطوير المستمر لطرق علم البصريات الوراثي (الذي، كما ذكرنا، بدأ منذ حوالي 6-7 سنوات فقط)، وتطبيقها في الأبحاث البيولوجية، قد يلقي الضوء (حرفيًا) على أمراض عصبية مختلفة، وربما يؤدي حتى إلى تطوير علاجات طبية. لهذه الأمراض في المستقبل.
- رابط محادثة TED لإد بويدن أحد مطوري الطريقة (الفيديو الثاني على الصفحة)
- رابط المقال ملخص البحث في القرود:
- קישורים للمقالات العلمية الشعبية باللغة الإنجليزية وفي سياق المادة المذكورة (الدراسة على القرود):
- رابط إلى ملخص المقال للبحث في الديدان (C. elegans)
- رابط ملخص المقال البحثي عن الأسماك:
- رابط لملخص آخر لمقال بحثي عن الأسماك:
- رابط لدراسة مرض باركنسون على الفئران:
- رابط للدراسات حول ذاكرة الخوف لدى الفئران:
- دراسة أخرى عن ذاكرة الخوف لدى الفئران
- رابط البحث عن الجوع واضطرابات الأكل:
- رابط البحث عن إدمان المخدرات (الكوكايين) في الفئران
تعليقات 9
لقد صادفت شيئًا كهذا وأود أن أعرف من يشارك في هذا البحث في إسرائيل وأن أتحدث معهم حول هذا الموضوع. شكرا على اي مساعدة في هذا الشأن.
أنا أعمل مع علم البصريات الوراثي لتطوير علاج للألم الوهمي وهناك دراسات تعمل على علاج الصرع. علاوة على ذلك، فقد تم بالفعل نشر دراسات أظهرت علاج بعض أنواع العمى لدى الفئران. إنه مجال رائع.
ماذا عن الوقاية من الصرع؟
اليوبيل,
هل يمكن أن نستنتج أن الغالبية العظمى من قراء "يدان" هم المشاباتيم والعصر الجديد وأتباعهم (الذين يتبعونهم)؟
كاميلا الاخيرة,
ولا يستطيع المحافظون وأتباع العصر الجديد استخدام مقال جيد كوسيلة ضغط. لهذا
إنه لأمر مدهش كيف أن التكنولوجيا الرائدة والثورية، وهي بالتأكيد واحدة من أهم التقنيات التي تم تطويرها في العقد الماضي، لا تحظى إلا بقدر قليل من الاهتمام بين القراء.
وأخيرا مقال جيد وليس مجرد بحث منقول بدون شرح.
مقالة مثيرة جدا للاهتمام
صعد إد بويدن ونجح.
أبي، لماذا لا يزال من غير الممكن تكبير الصور هنا بنقرة ماوس؟
بعد كل شيء، هذا الخيار كان يعمل بالفعل لفترة قصيرة من الزمن، لماذا توقف عن العمل مرة أخرى؟