Теперь, в своей последней работе, UC Беркли команда ученых разработала совершенно новый подход с использованием нового белка, который может индивидуально стимулировать нейроны. Их новая голографическая система также позволяет контролировать отдельные нейроны в тонкой, но все еще трехмерной области мозга.
Технология не является абсолютно новой, но это успешная комбинация ряда других работ, объединенных вместе для создания одного из самых точных устройств, стимулирующих мозг, который может точно редактировать активность мозга.
С помощью устройства, прикрепленного к мыши, ученый может воспроизвести схему, аналогичную органическому сенсорному стимулу.
По словам Беркли, "ученые уже испытали прототип в области осязания, зрения и моторики мозга мышей, когда они ходят по беговой дорожке с иммобилизованной головой". Хотя они не отметили никаких изменений в поведении мышей, когда их мозг стимулируется, Мардинли сказала, что их мозговая активность, которая измеряется в реальном времени с помощью двухфотонной визуализации уровня кальция в нейронах, показывает закономерности, похожие на реакцию на сенсорный стимул.
Манипулирование клетками требует компьютерной системы, чтобы определить, где находится каждый из тысяч нейронов с белковым покрытием. На короткое время набор нейронов становится мишенью и поражает голографическим лазером. С помощью этой техники они смогли точно "фотостимулировать" до 50 нейронов одновременно в небольшой области мозга, содержащей несколько тысяч других нейронов. Затем задание повторяется 300 раз в секунду, стимулируя новый набор из 50 нейронов с каждым проходом.
Для фокусировки света на клетке, ширина которой меньше ширины человеческого волоса, требуется абсолютная точность - Точность, которую можно получить только с помощью голографического изображения.
Голографический проектор включает в себя изгиб и фокусировку двух лазерных лучей таким образом, что формируется трехмерная пространственная картина. На практике голограммы выглядят так, как будто они являются 3D-изображением, парящим в пространстве.
В случае недавнего прогресса в технологии редактирования мозга, голографическая картина изображения была использована для освещения тонкого слоя мозговой ткани на поверхности коры головного мозга толщиной около десятой доли миллиметра. Индивидуальные дискообразные световые шары, созданные голографическим проектором, точно проецируются на покрытые опсином клетки.
"Главным достижением является способность точно управлять нейронами в пространстве и времени", - говорит постдок Николя Пегард, автор статьи, работающий как в лаборатории Адесника, так и в лаборатории соавтора Лоры Уоллер. "Другими словами, снимать очень специфические наборы нейронов, которые вы хотите активировать, и делать это с характерной шкалой и скоростью, с которой они обычно работают".
Что редактирование мозга может сделать для людей
Цель прямо сейчас - читать мозговую активность в режиме реального времени. Затем, на основе измеренной активности мозга, система может определить, какие наборы нейронов должны активироваться, чтобы повторить реальный ответ мозга. Исследователи надеются увеличить мощность от активации всего нескольких десятков нейронов за раз до активации впечатляющих нескольких тысяч нейронов за раз. В случае успеха, команда сможет вернуть утраченные ощущения людям. Затем все чувства можно будет перепрограммировать и активно реплицировать с помощью голографического проекционного устройства - такого, которое, как надеются ученые, поместится в рюкзак.
Пока что исследования помогают ученым картировать активность мозга в режиме реального времени. Но, пожалуй, важнее всего то, что исследование раскрывает внутренние механизмы, лежащие в основе языка разума. Они надеются, что их исследования помогут в разработке нейропротезирования - эффективного имплантата мозга, который сможет искусственно общаться с мозгом и помогать ему, используя свое голографическое устройство.
"Это имеет большой потенциал для нейропротезирования, так как оно обладает точностью, необходимой мозгу для интерпретации паттерна активации. Если вы можете читать и писать на языке мозга, вы можете говорить с ним на его родном языке, и он может интерпретировать сообщение намного лучше", - сказал Алан Мардинли, коллега по постдокторантуре в лаборатории Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley), Хиллель Адесник.
Это один из первых шагов на долгом пути развития технологии, которая могла бы стать виртуальным мозговым имплантатом с дополнительными или усиленными органами чувств.
Их исследования включают в себя успешное использование их технологии для стимуляции ложных ощущений в областях мозга, которые контролируют зрение. В то время как мышь реагировала на входные данные, она, похоже, не изменила своих когнитивных способностей, хотя эта область будет находиться в центре внимания в предстоящих исследованиях.
