Contrôle du cerveau avec la lumière, c'est possible avec Optogenetics

Les scientifiques médicaux étudient le cerveau depuis plus de cinq cents ans - et après tout ce temps, l'organe énigmatique recèle encore de nombreux secrets. Enfin, au cours des dernières années, une nouvelle technique appelée “optogénétique” est en train d'émerger, ce qui pourrait aider les scientifiques à percer les secrets du cerveau (et à traiter ses troubles) d'une manière totalement nouvelle.

Pourquoi avons-nous besoin d'optogénétique?

À bien des égards, il est étonnant que les médicaments psychiatriques agissent. L'état de l'art - la meilleure science moderne possible - revient à plonger le cerveau dans un bain chimique et à espérer que ce soit ce qui nous intéresse le plus. Et… ça marche! parfois.

Il existe des médicaments très puissants pour traiter la dépression, le TOC, le trouble bipolaire et la maladie de Parkinson. Ils sont souvent criblés d'effets secondaires désagréables. Les médicaments qui fonctionnent bien n'ont souvent été découverts que par essais et erreurs. Dans de nombreux cas, les scientifiques ne comprennent pas en détail comment le cerveau fonctionne pour fonctionner normalement - ou comment il fonctionne lorsqu'il ne fonctionne pas correctement. Il est difficile de combler ces lacunes dans les connaissances par les méthodes traditionnelles d’étude du cerveau et limite la capacité de développer des thérapies efficaces..

Ce que les psychiatres et les neurologues aimeraient vraiment, c’est un accès total en lecture-écriture au cerveau: la capacité d’atteindre la tête de quelqu'un et d'exciter ou de supprimer des groupes de neurones arbitraires, avec une résolution d'un neurone, nous permettant d'isoler les populations dysfonctionnelles et de corriger leur comportement en temps réel. Malheureusement, casser la tête de quelqu'un et ouvrir des fils à chaque neurone n'est pas pratique.

L’optogénétique promet de permettre aux médecins d’obtenir un résultat proche de ce type d’accès..

Comment les scientifiques utilisent la lumière pour contrôler le cerveau

Voici comment cela fonctionne: d’abord, les chercheurs injectent au sujet un virus génétiquement modifié, conçu pour infecter les tissus cérébraux. Des centaines de milliards de copies du virus envahissent le cerveau, injectant leur charge utile dans les cellules nerveuses au fur et à mesure de leur rencontre..

Ces virus ne sont pas nocifs: au lieu de fournir une charge utile malveillante et auto-réplicante, ils ont été conçus par des scientifiques pour fournir un brin d'ADN bénin codant pour des protéines de surface spéciales qui répondent à des longueurs d'onde de lumière spécifiques. Les virus servent simplement de seringues jetables pour délivrer l'ADN spécial aux cellules.

Les neurones intègrent cet ADN spécial et, si les conditions le permettent, expriment les protéines de surface qui les provoquent au feu lorsqu'elles sont stimulées par la lumière - les mêmes types de protéines que celles utilisées par les cellules rétiniennes humaines pour détecter la lumière et former des images. En modifiant l’ADN pour qu’il soit plus facile de s’exprimer, les scientifiques peuvent choisir les types de neurones (il en existe des milliers) pour exprimer la protéine de surface et réagiront à la lumière..

Ensuite, en contrôlant avec soin l'endroit où la lumière est éclairée sur le cerveau, les sites spécifiques stimulés ou déprimés peuvent être contrôlés avec une précision sub-millimétrique, un degré de contrôle jamais atteint auparavant. Mieux encore, de nombreuses régions du cerveau peuvent être touchées sans avoir à couper ou à enfiler des fils dans la matière cérébrale, ce qui rend la procédure beaucoup plus sûre que les formes conventionnelles de stimulation cérébrale..

Selon Ed Boyden, professeur de bioingénierie et de neurosciences au MIT,

Si vous pouvez contrôler les cellules du cerveau, vous pouvez déterminer leur pouvoir, ce qu'elles peuvent influencer - et, si vous pouvez contrôler les cellules du cerveau, vous pouvez corriger les états cérébraux aberrants et créer de nouveaux types de thérapie. , recalculant les calculs qui ont mal tourné dans un trouble neurologique ou psychiatrique

Vous pouvez regarder un exposé assez technique (mais extrêmement intéressant) sur les techniques et la méthodologie ci-dessous:

Que pouvez-vous faire avec l'optogénétique?

Imaginez qu'un chercheur veuille mieux comprendre le fonctionnement de la dépression. Ainsi, le chercheur collectionne des souris déprimées (ne demandez pas comment les chercheurs créent des souris déprimées, vous ne voulez pas savoir) et commence à tester.

Ils vérifient différents types de neurones et différentes régions du cerveau et voient ce qui se passe lorsque vous stimulez ou déprimez ces zones et ces types de neurones. Certains groupes expérimentaux deviennent plus heureux - certains deviennent plus déprimés: la plupart ne le font pas non plus. En limitant les relations entre les populations et leur impact sur les résultats, le chercheur construit lentement une carte fonctionnelle détaillée et détaillée du cerveau: isoler les mécanismes de la joie.

C’est le genre d’expérience que l’optogénétique permet, et il a pour objectif de donner aux scientifiques une compréhension plus approfondie des différentes fonctions mentales et des moyens de les empêcher de fonctionner..

L'optogénétique a déjà permis de mieux comprendre les hallucinations auditives de la schizophrénie. Selon le Dr Karl Deisseroth de l’Université de Stanford, il semble maintenant probable que les voix soient, en fait, des composants normaux du monologue interne interprétés à tort comme une influence externe..

“C'est peut-être une version mal reconnue des pensées internes. D'une certaine manière, l'information qu'une pensée vient vraiment de soi est perdue. C'est vu comme une chose étrangère, une voix qui parle. […] [Avant l'optogénétique], il n'y avait aucun moyen de le savoir car il n'y avait aucun moyen de contrôler sélectivement [les cellules] à la bonne échelle de temps..”

Ces connaissances sont scientifiquement importantes et pourraient permettre de développer de meilleurs médicaments et thérapies, ainsi que de répondre aux anciens mystères sur la nature de la conscience et de l'intelligence. Machines à penser: ce que la neuroscience et l'intelligence artificielle peuvent nous apprendre sur la conscience Machines à penser: ce que la neuroscience et l'artificiel L'intelligence peut nous apprendre sur la conscience La construction de machines et de logiciels artificiellement intelligents peut-elle nous apprendre le fonctionnement de la conscience et la nature de l'esprit humain lui-même? Lire la suite .

Dans un avenir rapproché, les médecins pourront peut-être tirer parti des enseignements tirés de ces expériences, les inverser et utiliser l'optogénétique sur des patients réels pour influencer les activités neurologiques contribuant à la dépression. L'optogénétique permet aux médecins non seulement d'étudier le cerveau, mais également de le modifier avec une précision bien supérieure à ce qui était possible auparavant.

Construire un chapeau de santé mentale

Malheureusement, il est probablement impossible d'utiliser l'optogénétique sur des êtres humains de manière non invasive. Le crâne est tout simplement trop épais, il est donc nécessaire de faire passer des câbles à fibres optiques. Il s’agit d’une opération majeure et comporte des risques qui vont bien au-delà de ce qui est normalement impliqué dans le début d’un traitement médicamenteux psychiatrique..

Cependant, les thérapies en question ont le potentiel d’être beaucoup plus efficaces et d’avoir moins d’effets secondaires, de sorte que cela en vaudra probablement la peine pour de nombreux patients. Des recherches ont déjà été menées sur l'utilisation de stimulateurs cérébraux électriques pour traiter la dépression sévère, et les résultats sont très prometteurs. Les thérapies futures basées sur l'optogénétique seront probablement moins invasives et plus efficaces: une fois que le cerveau est équipé de câbles à fibres optiques correctement positionnés, peut-être insérés par le nez pour éviter de percer le crâne, le reste du matériel peut être stocké à l'extérieur, pour plus de facilité. accès. L’implant lui-même (les câbles à fibres optiques et les diodes laser) n’aurait besoin que de l’alimentation et d’un signal de contrôle, ce qui pourrait un jour être fourni sans fil..

Le reste du matériel (l'ordinateur, la batterie, etc.) pourrait éventuellement être porté à l'extérieur, ce qui permettrait au médecin du patient de le reprogrammer au besoin, sans intervention chirurgicale supplémentaire..

Au-delà de la correction des maladies mentales, l'optogénétique fournit également un moyen beaucoup plus biocompatible et moins invasif de stimuler directement les cellules nerveuses du cerveau et du corps que les électrodes conventionnelles implantées, ce qui contribuerait grandement à la fabrication d'implants améliorant la performance de style transhumaniste. Plugging In Your Brain and Body - L'avenir des ordinateurs implantés Brancher votre cerveau et votre corps - L'avenir des ordinateurs implantés Avec la tendance actuelle en matière d'innovation et de progrès techniques, il est maintenant temps d'explorer les technologies les plus avancées en matière de technologies homme-ordinateur. Lire plus plus pratique.

Pour être clair, il reste encore beaucoup de chemin à parcourir: l'optogénétique est un outil de recherche largement utilisé à présent (nous avons déjà décrit les expériences qui l'ont utilisée avant que l'expérience de la mémoire lumineuse affecte les cerveaux de souris comme un MIB. L'expérience de mémoire lumineuse affecte les souris des cerveaux MIB Neuralyzer Rappelez-vous quand Will Smith et Tommy Lee Jones ont utilisé le neuralyzer pour effacer les souvenirs des gens. Les chercheurs de UC Davis ont réussi à "effacer des souvenirs spécifiques" chez des souris en utilisant la lumière. Lire la suite). Cependant, son rôle en tant que thérapie clinique se situe à au moins une ou deux décennies et pourrait bien être remplacé par d’autres techniques permettant d’obtenir des résultats similaires de manière moins invasive..

Néanmoins, la perspective est excitante et certaines applications peuvent arriver plus tôt. Par exemple, il est possible d'utiliser l'optogénétique pour construire de meilleurs implants cochléaires avec une précision bien supérieure.

Est-ce que tout cela n'est pas vraiment effrayant?

Certains de ceux qui lisent ceci resserrent déjà leur chapeau de papier d'aluminium autour de vos oreilles, et c'est tout à fait juste: ce type d'accès au cerveau est sans précédent, en dehors d'une certaine marque de science fiction hystérique. Le potentiel d'abus mérite au moins d'être discuté.

Si vous pouvez exercer suffisamment de contrôle sur le cerveau pour corriger la dépression, la schizophrénie et les troubles de la personnalité, vous pourrez également exercer suffisamment de contrôle pour reprogrammer l'orientation sexuelle d'une personne ou lobotomiser des enfants turbulents et des prisonniers. Les risques encourus par les parents qui tentent d'utiliser cette technologie pour imposer des changements d'identité à leurs enfants soulèvent de tout nouveaux problèmes éthiques auxquels la médecine sera confrontée pour la première fois de son histoire..

Au-delà de cela, d’un simple point de vue de la sécurité informatique, de nombreux dispositifs médicaux modernes ne sont tout simplement pas suffisamment sécurisés et peuvent être piratés, dans certains cas sans fil. Ce genre de compromis est assez effrayant avec un stimulateur cardiaque, mais il devient vraiment horrible quand on considère la possibilité qu'un attaquant puisse (potentiellement) passer dans votre tête sans autorisation..

Les scientifiques travaillant sur ces thérapies n'ignorent pas ces problèmes. Karl Deisseroth, dans la même interview citée plus haut, a soulevé le même point:

“La spécificité de l'optogénétique soulève la question de savoir comment précisément pourrait-on modifier le cerveau pour créer réellement un individu ayant des besoins, des désirs, des priorités, des sentiments différents […] il y a aussi un aspect troublant qui soulève des questions de libre arbitre.”

Néanmoins, ces inquiétudes ne sont rien en comparaison du nombre énorme de personnes souffrant horriblement de maladies psychiatriques actuellement incurables que l'optogénétique peut potentiellement aider. Cette technologie est plus utile que dangereuse et, comme elle sera développée au cours des prochaines décennies, pourrait changer radicalement la nature de la thérapie de la santé mentale..

Qu'est-ce que tu penses? Effrayant, cool ou quelque part entre les deux? L'optogénétique a-t-elle le potentiel pour vous aider personnellement? Faites le nous savoir dans les commentaires!

Crédit d'image: Neurones Via Shutterstock, “Papier d'aluminium,” par Russ Walker

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