Американські дослідники розробили технологію бездротової оптогенетики для вивчення роботи мозку тварин під час соціальної поведінки. Вчені вперше змогли керувати соціальними взаємодіями тварин в реальному часі за допомогою крихітного імплантату, що маніпулює активністю нейронів світлом. Результати опубліковані в журналі Nature Neuroscience.
Відео демонструє, як змінюються соціальні взаємодії мишей, коли активність їхніх нейронів синхронізована та десинхронізована. Northwestern University
Для чого ця технологія?
Робота мозку на рівні нейронів багато в чому залишається ще незрозумілою для науки. Вивчати людський мозок, що містить близько 100 мільярдів нервових клітин, було б дуже важко, тому вчені проводять досліди на тваринах, часто мишах. Досліджувати взаємодію клітин мозку їм допомагає метод оптогентики. Він полягає у генетичній модифікації досліджуваних нейронів, що робить їх чутливими до світла з певною довжиною хвиль. Тож якщо після цього на мозок тварин впливати таким світлом, можна маніпулювати активністю їхніх нервових клітин та відстежувати її. Технологія чудово працює при дослідженні нервової системи однієї особини, однак вона обмежена при вивченні роботи мозку під час соціальних взаємодій. Річ у тім, що оптогенетика часто вимагає імплантації в мозок піддослідних оптоволоконних проводів, сполучених із зовнішнім джерелом світла. Така тварина може заплутатися в дротах навіть сама, якщо буде в наближеному до природного середовищі, а тим більше, коли таких тварин із дротами з голови буде більше й вони взаємодіятимуть. Проте в новій роботі науковці з Північно-західного університету описали нову технологію оптогенетики, яка позбавлена неможливості вивчати соціальні взаємодії.
Що розробили науковці?
Вчені створили тонкий і гнучкий бездротовий імплантат для мишей, який дає змогу тваринам виглядати та поводитися як зазвичай. Він поміщається на зовнішню поверхню черепа тварини безпосередньо під шкірою. Це дозволяє товщина пристрою, яка складає усього пів міліметра. Імплантат містить ниткоподібний зонд зі світлодіодами, який проникає в мозок через невеликий отвір у черепі. Так він керує активністю нейронів світлом.
Живлення пристрою відбувається завдяки антені навколо клітки з тваринами, що усуває необхідність використання громіздких батарей. Керування світлом науковці здійснювали у реальному часі з комп'ютера завдяки використанню технології бездротового зв'язку NFC.
Бездротовий імплантат, який керував соціальними взаємодіями мишей. Northwestern University
Як випробували нову технологію?
Вчені протестували свою технологію на лабораторних мишах, вперше спробувавши керувати соціальною поведінкою тварин за допомогою віддаленої оптогенетики. В нейрони медіальної префронтальної кори мишей, яка бере участь у керуванні соціальною поведінкою, вчені за допомогою генної інженерії внесли світлочутливий ген водоростей. Коли вони вмикали імплантати кількох мишей одночасно, їхні нейрони синхронно активізувалися. Це змушувало тварин взаємодіяти одне з одним довше і частіше, ніж зазвичай. Однак коли стимуляція десинхронізувалася, миші одразу ставали менш соціальними. Таким чином вчені могли довільно змушувати окремі пари мишей у групі взаємодіяти одне з одним більше, ніж із іншими.
Автори наукової роботи сподіваються, що з їхнім винаходом можна буде легше досліджувати нейробіологічні основи соціальної поведінки.