Будущее мозга. Как мы изменимся в ближайшие несколько лет

Какую пользу можно извлечь из технологии оптогенетики? Она уже использовалась в различных областях исследований с потенциальным клиническим применением. К примеру, ее применяли для контроля над классом нейронов, называемых гипокретиновыми клетками, отвечающими за расстройства сна и развитие нарколепсии. Она также помогла лучше понять болезнь Паркинсона. Благодаря тестированию технологии на животных удалось более точно воспроизвести мозговые цепи, пораженные данным заболеванием, и понять механизмы действия терапевтического вмешательства, связанного с глубокой стимуляцией мозга. Кроме того, применение оптогенетики помогло определить, как нейроны, продуцирующие дофамин, вызывают чувство удовольствия и запускают в мозге процесс обработки вознаграждения. Все это – результаты, которые имеют непосредственное отношение к изучению таких патологий, как депрессия и злоупотребление психоактивными веществами.

Изучение агрессивного поведения является еще одной областью, в которой данная технология позволяет добиться впечатляющих результатов. Агрессия представляет собой естественный инстинкт у живых существ, в том числе и у людей. Она помогает нам адаптироваться к окружающей среде и защитить себя от потенциальной опасности и вреда. Однако агрессия может стать серьезной проблемой в случае ее перехода в плоскость проявления насилия. Нейробиологи из разных уголков мира изучают области мозга и нейронные связи, которые контролируют агрессивные импульсы, и в последнее время с этой целью начали все чаще внедрять методы оптогенетики.

Именно в этой области исследований Дэвид Андерсон и его сотрудники из Калифорнийского технологического института изучают взаимосвязь между отделами мозга, отвечающими за агрессию, и теми, что контролируют сексуальное поведение. В результате экспериментов с участием животных ученым удалось выяснить, что, несмотря на кажущуюся взаимоисключаемость этих типов поведения, оба они связаны между собой и усиливают друг друга. Именно в период спаривания в животном мире агрессивное поведение находится на максимальном уровне. Это открытие послужило толчком к тому, чтобы как можно глубже изучить задействованные механизмы мозга, сосредоточенные в области, называемой гипоталамусом. Было отмечено, что один набор нейронов гипоталамуса активировался, когда животные дрались между собой, а другой – когда они спаривались с особью другого пола. И что самое удивительное, порядка 25 процентов и той, и другой группы нейронов были активны во время проявления и того, и другого типа поведения. Впоследствии для лучшего понимания специфической роли этих нейронов исследователи использовали технику оптогенетики, чтобы получить возможность включать и выключать данные нейроны с временным интервалом в миллисекунды, а также записать их влияние на поведение животных. В ходе первого эксперимента они помещали грызуна в клетку рядом с неодушевленным предметом (резиновой перчаткой) и стимулировали нейроны агрессии. Тем самым они искусственно убеждали его нападать на объект. Затем ученые провели еще один эксперимент, чтобы проверить, участвуют ли те же самые нейроны в естественном агрессивном поведении. С этой целью в клетку, где уже обитало одно животное, они поместили второго грызуна. В таких условиях животное почувствовало вторжение на свою территорию и, естественно, атаковало вторгшегося грызуна. Исследователи также отметили, что в тот момент, когда активность нейронов агрессии купировалась при помощи оптогенетики, борьба автоматически прекращалась. Это доказало, что именно эти нейроны непосредственно отвечают за проявление агрессивного поведения. И это еще не все. Манипулируя активностью нейронов, ученые обнаружили нечто очень важное. Для активирования агрессивного поведения требовалась высокоинтенсивная световая стимуляция, в то время как стимуляция меньшей интенсивности запускала процесс спаривания. Световая стимуляция оказалась напрямую связана с электрической активностью. Это означало, что в состоянии высокой активности нейроны вызывали агрессию, в то время как в состоянии низкой активности они запускали механизмы сексуального поведения. Испытывая на себе низкий уровень стимуляции, грызун пытался вступить в сексуальный контакт. Всего лишь модулируя интенсивность световой стимуляции в этой области мозга, ученые могли вызывать агрессивное поведение, смесь агрессии и сексуального поведения или просто сексуальное поведение. (Результаты данных исследований были получены в контролируемых лабораторных условиях и, следовательно, должны рассматриваться исключительно в этом контексте. Это лишь первые шаги, сделанные с использованием новейших технических разработок, поэтому любая иная трактовка результатов может оказаться поспешной и опрометчивой).