Naukowcy wycięli okno w mózg myszy, a następnie zaświeciły na nim laser, aby wywołać halucynacje.
To dziwne - ale wyniki badań, opublikowane dzisiaj (18 lipca) w czasopiśmie Science, były jeszcze dziwniejsze. Co ciekawe, naukowcy odkryli, podczas gdy myszy mają wiele milionów neuronów lub komórek mózgowych, światło laserowe musiało dotykać tylko około 20 z nich, aby oszukać mysz, aby rozpoznała wzór na ścianie, którego tak naprawdę nie było.
Te wyniki zainspirowały naukowców do zadania rzadko zadawanego pytania: dlaczego myszy (i ludzie) ciągle się nie potykają?
„Mózg myszy ma miliony neuronów; mózg człowieka ma wiele miliardów” - powiedział w oświadczeniu starszy autor badań Karl Deisseroth, neurobiolog i psychiatra z Uniwersytetu Stanforda. „Jeśli zaledwie 20 lat może stworzyć percepcję, to dlaczego nie cały czas mamy halucynacje z powodu fałszywej przypadkowej aktywności?”
Ta niewiarygodna wrażliwość psychiczna sugeruje, że mózgi ssaków są być może nawet bardziej precyzyjnie dostrojonymi maszynami, niż wcześniej sądzono, dodał Deisseroth, zdolny do reagowania na wyjątkowo niską liczbę komórek mózgowych bez zbytniej rozproszenia przypadkowo niewykorzystanych neuronów. Podczas gdy w obecnym eksperymencie badano jedynie rozpoznawanie prostych wzorców wizualnych, możliwe jest, że bardziej złożone doznania mentalne, takie jak emocje lub wspomnienia, są również kontrolowane przez zaskakująco małą liczbę komórek mózgowych.
Potknięcie się o lasery
Jak wywołać halucynacje u myszy bez, powiedzmy, poślizgnięcia się na psychedelicznych narkotykach? W tym eksperymencie naukowcy zastosowali technikę zwaną optogenetyką - zasadniczo wstawienie genów wrażliwych na światło do mózgu zwierzęcia, które powodują zadziałanie niektórych neuronów po wystawieniu ich na światło o określonej długości fali.
Technikę tę stosowano we wcześniejszych badaniach, aby zmienić myszy w szalonych z głodu „zombie” i pomóc szczurom w odzwyczajeniu się od kokainy. Tutaj wykorzystano go do dowiedzenia się, jak reagują mózgi myszy, gdy pokazano różne wzory linii poziomych i pionowych - oraz do sprawdzenia, czy te odpowiedzi neuronowe można odtworzyć wyłącznie poprzez pulsowanie małych grup neuronów za pomocą ukierunkowanego światła.
Naukowcy wykonali to zadanie, rzeźbiąc dosłowne okno w czaszkach myszy (wraz z przezroczystą szybą i wszystkim innym). Ta operacja odsłoniła korę wzrokową - obszar mózgu odpowiedzialny za przetwarzanie informacji wzrokowych zarówno u myszy, jak iu ludzi. Naukowcy wstawili także geny do myszy w celu wytworzenia dwóch różnych białek, z których jedno powodowało, że neurony świeciły na zielono za każdym razem, gdy były aktywowane, a drugie powodowało, że neurony strzelały po wystawieniu na działanie określonego światła lasera w podczerwieni.
Następnie naukowcy pokazali myszom wzór poruszających się równoległych linii i wyszkolili je, by lizały dziobek, gdy linie były idealnie pionowe lub idealnie poziome. Dzięki białkom świecącym na zielono naukowcy zobaczyli dokładnie, które neurony strzelały, gdy myszy rozpoznawały i reagowały na różne orientacje linii. Umożliwiło to naukowcom opracowanie specjalnego trójwymiarowego „hologramu” światła laserowego, który można by strzelać w dokładnie odpowiednie miejsca w mózgach myszy, aby celować tylko w neurony biorące udział w rozpoznawaniu linii poziomych lub pionowych.
A teraz „halucynacje”. Stopniowo naukowcy pokazali myszom coraz słabsze projekcje linii poziomych i pionowych, tymczasem wyzwalając odpowiednie neurony w mózgach myszy za pomocą specjalnego lasera. Pod koniec eksperymentu naukowcy przestali w ogóle pokazywać linie myszy - ale kiedy laser uderzył w neurony odpowiedzialne za widzenie linii poziomych lub pionowych, myszy nadal zareagowały poprzez zlizanie odpowiedniej wylewki wody.
Czy to była prawdziwa halucynacja? Czy myszy naprawdę „widziały” niewidzialne linie? Deisseroth powiedział w artykule informacyjnym towarzyszącym studium. Jednak strzelanie komórek mózgowych gryzoni i reakcje behawioralne na światło lasera wyglądały dokładnie tak, jak „podczas naturalnej percepcji”, powiedział Deisseroth. W efekcie światło lasera spowodowało, że mózg myszy zareagował na określony bodziec wzrokowy, którego nie było.
Co ciekawe, naukowcy napisali, że byli w stanie wyzwolić te specyficzne reakcje neuronalne u myszy poprzez celowanie między 10 a 20 neuronów - ułamek procentu wielomilionowej liczby myszy.
„Nie wiemy, ile komórek może potrzebować, aby wywołać u osoby bardziej wyszukane myśli, doznania zmysłowe lub emocje”, powiedział Deisseroth, „ale prawdopodobnie będzie to zaskakująco mała liczba, biorąc pod uwagę to, co widzimy w Mysz."
