Controle do cérebro com luz: é possível com optogenética

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Os cientistas médicos estudam o cérebro há mais de quinhentos anos - e, depois de todo esse tempo, o órgão enigmático ainda guarda muitos segredos. Finalmente, nos últimos anos, uma nova técnica chamada "optogenética" está surgindo, o que pode ajudar os cientistas a desvendar os segredos do cérebro (e tratar seus distúrbios) de uma maneira totalmente nova.

Por que precisamos de optogenética?

De muitas maneiras, é incrível que a medicação psiquiátrica funcione. O estado da arte - a melhor ciência moderna pode fazer - equivale a imergir o cérebro em um banho químico, e na esperança de que ele faça a única coisa em que estamos interessados. E... isso meio que funciona! As vezes.

Existem medicamentos muito poderosos para o tratamento da depressão, TOC, transtorno bipolar e doença de Parkinson. Eles costumam estar repletos de efeitos colaterais desagradáveis. Os medicamentos que funcionam bem eram frequentemente descobertos por nada além de tentativa e erro. Em muitos casos, os cientistas não têm um entendimento detalhado de como o cérebro funciona para alcançar a função normal - ou como funciona quando está com defeito. É difícil solucionar essas lacunas de conhecimento por meio de formas tradicionais de estudar o cérebro e limitar a capacidade de desenvolver terapias eficazes.

O que os psiquiatras e neurologistas realmente gostariam é do acesso total de leitura e gravação ao cérebro: a capacidade de alcançar a cabeça de alguém e excitar ou suprimir grupos arbitrários de neurônios, com resolução de um único neurônio, permitindo isolar as populações disfuncionais e corrigir seu comportamento tempo real. Infelizmente, abrir a cabeça de alguém e passar fios para todos os neurônios é impraticável.

A promessa da optogenética é que ela pode realmente permitir que os médicos alcancem algo próximo a esse tipo de acesso.

Como os cientistas usam a luz para controlar o cérebro

Eis como funciona: primeiro, os pesquisadores injetam no sujeito um vírus geneticamente modificado, projetado para infectar tecido cerebral. Centenas de bilhões de cópias do vírus inundam o cérebro, injetando suas cargas nas células nervosas à medida que as encontram.

Esses vírus não são prejudiciais: em vez de fornecer uma carga maliciosa e auto-replicante, esses vírus foram projetados por cientistas a fornecer uma fita de DNA benigna que codifica proteínas de superfície especiais que respondem a comprimentos de onda específicos da luz. Os vírus simplesmente servem como seringas descartáveis ​​para entregar o DNA especial às células.

Os neurônios incorporam esse DNA especial e, se as condições forem adequadas, expressam proteínas de superfície que os fazem disparar quando estimulada pela luz - os mesmos tipos de proteínas usadas pelas células da retina humana para detectar luz e formar imagens. Ao alterar o DNA para ser mais exigente quando se expressa, os cientistas podem escolher quais tipos de neurônios (existem milhares de variedades) expressam a proteína da superfície e respondem à luz.

Então, controlando cuidadosamente onde a luz brilha no cérebro, os locais específicos que são estimulados ou deprimido pode ser controlado com precisão sub-milimétrica, um grau de controle que nunca foi previamente possível. Melhor ainda, muitas áreas do cérebro podem ser afetadas sem a necessidade de cortar ou enfiar fios na matéria cerebral, tornando o procedimento muito mais seguro do que as formas convencionais de estimulação cerebral.

De acordo com Ed Boyden, professor de bioengenharia e neurociência do MIT,

Se você pode controlar as células do cérebro, pode descobrir qual é o poder delas, o que elas podem influenciar - e, também, se você pode controlar as células do cérebro que você pode corrigir estados cerebrais aberrantes e você pode criar novos tipos de terapia, reanalisando os cálculos que deram errado em um neurológico ou psiquiátrico transtorno

Você pode assistir a uma palestra bastante técnica (mas extremamente interessante) sobre as técnicas e a metodologia abaixo:

O que você pode fazer com a optogenética?

Imagine que um pesquisador queira entender melhor como funciona a depressão. Portanto, o pesquisador coleta alguns ratos deprimidos (não pergunte como os pesquisadores criam ratos deprimidos, você não quer saber) e começa a testar.

Eles verificam diferentes tipos de neurônios e diferentes regiões do cérebro e veem o que acontece quando você estimula ou deprime essas áreas e esses tipos de neurônios. Alguns grupos experimentais ficam mais felizes - outros ficam mais deprimidos: a maioria também não. Ao restringir quais populações estão relacionadas e como elas afetam o resultado, o pesquisador lentamente constrói um mapa funcional profundo e detalhado do cérebro: isolando as máquinas da alegria.

Esse é o tipo de experimento que a optogenética permite, e serve para dar aos cientistas uma compreensão mais profunda das diferentes funções mentais e das maneiras pelas quais elas podem dar errado.

A optogenética já levou a algumas idéias em potencial interessantes sobre as alucinações auditivas da esquizofrenia. Segundo o Dr. Karl Deisseroth, da Universidade de Stanford, agora parece provável que as vozes são, de fato, componentes normais do monólogo interno sendo mal interpretados como influência externa.

“Pode ser uma versão pouco reconhecida dos pensamentos internos. De alguma forma, as informações de que um pensamento realmente vem de si são perdidas. É visto como uma coisa estrangeira, uma voz falando. [...] [Antes da optogenética] não havia como saber disso, porque não havia como controlar seletivamente [as células] na escala de tempo correta ”.

Esses tipos de idéias são cientificamente importantes e podem levar a melhores medicamentos e terapias, além de responder a mistérios antigos sobre a natureza da consciência e inteligência Máquinas pensantes: o que a neurociência e a inteligência artificial podem nos ensinar sobre a consciênciaA construção de máquinas e software artificialmente inteligentes pode nos ensinar sobre o funcionamento da consciência e a natureza da própria mente humana? consulte Mais informação .

Em um futuro próximo, os médicos poderão obter as idéias que obtêm dessas experiências, revertê-las, e usar optogenética em pacientes reais para influenciar as atividades neurológicas que estão contribuindo para depressão. A optogenética permite que os médicos não apenas estudem o cérebro, mas também o alterem com muito mais precisão do que era possível anteriormente.

Construindo um chapéu de sanidade

Infelizmente, provavelmente não é possível usar optogenética em seres humanos de maneira não invasiva. O crânio é simplesmente muito grosso, por isso é necessário alimentar cabos de fibra ótica através dele. Esta é uma cirurgia importante e tem riscos associados, acima e além do que normalmente está envolvido no início de um curso de medicação psiquiátrica.

No entanto, as terapias em questão têm potencial para serem muito mais eficazes e com menos efeitos colaterais, portanto, provavelmente valerá a pena para muitos pacientes. Já houve pesquisas sobre o uso de eletricidade marcapassos cerebrais para tratar depressão grave, e os resultados são muito promissores. As terapias futuras baseadas em optogenética provavelmente serão menos invasivas e mais eficazes: uma vez que o cérebro esteja equipado com uma posição adequada cabos de fibra óptica, talvez inseridos pelo nariz para evitar romper o crânio, o restante do hardware pode ser armazenado externamente, para facilitar Acesso. O próprio implante (os cabos de fibra ótica e os diodos a laser) precisaria apenas de energia e um sinal de controle, coisas que poderiam um dia ser fornecidas sem fio.

O restante do hardware (computador, bateria etc.) pode ser usado externamente, permitindo que o médico do paciente o reprograme conforme necessário, sem a necessidade de cirurgia adicional.

Além de corrigir doenças mentais, a optogenética também oferece uma maneira muito mais biocompatível e menos invasiva de estimular células nervosas no cérebro e no corpo do que os eletrodos implantados convencionais, o que ajudaria muito a fazer implantes de aprimoramento de desempenho no estilo transhumanista Conectando seu cérebro e corpo - o futuro dos computadores implantadosCom a tendência atual de inovação e avanço técnico, agora é um bom momento para explorar o estado da arte nas tecnologias computador-humano. consulte Mais informação mais prático.

Para deixar claro, isso ainda está muito distante: a optogenética é uma ferramenta de pesquisa amplamente usada no momento (temos experimentos cobertos usando-o antes Experiência com memória leve afeta cérebros de ratos como um neuralizador MIBLembra quando Will Smith e Tommy Lee Jones usaram o neuralizador para apagar as memórias das pessoas? Bem, os pesquisadores da UC Davis "conseguiram apagar memórias específicas" dentro de camundongos usando luz. consulte Mais informação ). No entanto, seu papel como terapia clínica está a pelo menos uma década ou duas, e pode muito bem ser substituído por outras técnicas que podem fornecer resultados semelhantes de maneira menos invasiva.

Ainda assim, a perspectiva é interessante e alguns aplicativos podem surgir mais cedo. Por exemplo, é possível usar optogenética para construir melhores implantes cocleares com muito maior precisão.

Isso não é realmente assustador?

Alguns de vocês que estão lendo isso já estão prendendo seus chapéus de papel alumínio com mais força ao redor das orelhas, e isso é inteiramente justo: esse tipo de acesso ao cérebro é sem precedentes, fora de um certo tipo de ciência histérica ficção. Vale a pena discutir o potencial de abuso.

Se você puder exercer controle suficiente sobre o cérebro para corrigir depressão, esquizofrenia e distúrbios de personalidade, poderá também pode exercer controle suficiente para reprogramar a orientação sexual de alguém - ou lobotomizar crianças desordeiras e prisioneiros. Os riscos de os pais tentarem usar essa tecnologia para forçar mudanças de identidade em seus filhos são um que abra preocupações éticas inteiramente novas com as quais a medicina estará lidando pela primeira vez sempre.

Além disso, de uma perspectiva simples de segurança de computadores, muitos dispositivos médicos modernos simplesmente não são seguros o suficiente e podem ser invadidos, em alguns casos sem fio. Esse tipo de compromisso é assustador o suficiente com um marcapasso, mas fica realmente horrível quando você considera a perspectiva de que um invasor possa (potencialmente) invadir sua cabeça sem permissão.

Os cientistas que trabalham nessas terapias não têm conhecimento desses problemas. Karl Deisseroth, na mesma entrevista citada acima, levantou o mesmo ponto:

“A especificidade da optogenética levanta a questão de quão precisamente alguém poderia ajustar um cérebro para realmente criar um indivíduo com diferentes necessidades, desejos, prioridades, sentimentos [...] há também um aspecto perturbador, que levanta questões de livre vai."

Ainda assim, essas preocupações empalidecem em comparação com o enorme número de pessoas que sofrem terrivelmente de doenças psiquiátricas atualmente intratáveis ​​que a optogenética tem o potencial de ajudar. Essa tecnologia é mais útil do que perigosa e, à medida que é desenvolvida nas próximas décadas, pode mudar radicalmente a natureza da terapia em saúde mental.

O que você acha? Assustador, legal ou em algum lugar no meio? A optogenética tem o potencial de ajudá-lo pessoalmente? Deixe-nos saber nos comentários!

Crédito de imagem: Neurônios Via Shutterstock, "Papel laminado," por Russ Walker