Новое исследование показывает, что с помощью специальных наушников и рюкзаков на мышах ученые используют свет для включения и выключения нервных клеток в мозгу грызунов, чтобы исследовать социальное поведение животных. Эти эксперименты с дистанционным управлением раскрывают новое понимание нейронных схем, лежащих в основе социальных взаимодействий, подтверждая предыдущую работу, предполагающую, что синхронизированные умы более склонны к сотрудничеству, сообщают исследователи онлайн 10 мая в Nature Neuroscience.
Новые устройства основаны на оптогенетике, методике, в которой исследователи используют вспышки света для активации или подавления нервных клеток или нейронов мозга, часто используя специально разработанные вирусы для генетической модификации клеток, чтобы они реагировали на освещение. Ученые использовали оптогенетику для исследования нейронных цепей у мышей и других лабораторных животных, чтобы получить представление о том, как они могут работать у людей.
Оптогенетические устройства часто подают свет на нейроны через оптоволоконные кабели, но такие тросы могут мешать естественному поведению и социальным взаимодействиям. Хотя ученые недавно разработали имплантируемые беспроводные оптогенетические устройства, они зависят от относительно простых пультов дистанционного управления или ограниченного набора заранее запрограммированных инструкций.
Эти новые полностью имплантируемые оптогенетические матрицы для мышей и крыс могут позволить проводить более сложные исследования. В частности, исследователи могут корректировать программирование каждого устройства в ходе экспериментов, «чтобы вы могли нацеливаться на то, что делает животное, гораздо более сложным образом», — говорит Женя Козоровицкий, нейробиолог из Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс.
Эти устанавливаемые на голове и на спине устройства работают без батарей и получают беспроводное питание от тех же высокочастотных радиоволн, которые используются для удаленного управления интенсивностью, продолжительностью и синхронизацией световых импульсов. Прототипы также позволяют ученым одновременно управлять четырьмя различными нейронными цепями у животного благодаря светодиодам, которые излучают четыре оттенка — синий, зеленый, желтый и красный — вместо одного.
В экспериментах на мышах Козоровицкий и его коллеги использовали устройства для нацеливания на префронтальную кору, часть мозга, связанную с принятием решений и другими сложными формами поведения. Когда команда предоставила аналогичные модели нейронной стимуляции в этой области парам или тройкам мышей, грызуны ухаживали и обнюхивали компаньонов, с которыми их нейроны были синхронизированы, чаще, чем тех, с которыми они были не синхронизированы. Полученные данные подтверждают предыдущие исследования, предполагающие, что подобная синхронность между умами может улучшить социальное поведение, «особенно кооперативное взаимодействие», — говорит Козоровицкий.
Широко доступная беспроводная технология, используемая в этой работе, та же самая, что сейчас используется в бесконтактных платежах с помощью кредитных карт, могла бы позволить широкое распространение в неврологическом сообществе «без обширного специализированного оборудования», — говорит нейротехнолог Филипп Гутруф из Аризонского университета в Тусоне. Это «означает, что мы можем увидеть эти устройства во многих лабораториях в ближайшем будущем, что сделает возможными новые открытия». По его словам, сведения, полученные в результате таких исследований о нервной системе, могут, в свою очередь, «помочь улучшить диагностику и лечение людей».
