Dnešní medicína při ovlivňování mozkových pochodů obvykle spoléhá na chemické látky. Některé experimentální metody jako hloubková mozková stimulace se již rozpomněly, že pozoruhodného efektu může mít i elektřina. Pak je tu však ještě třetí, a zdaleka nejmladší metoda zvaná optogenetika. 

Ta v sobě kombinuje optiku a genetiku. Obor se sice nemusí technicky vzato zaměřovat na mozek, ten však přináší nejzajímavější plody. Typicky vyžaduje optogenetický přístup nejprve genetický zásah do organismu, který zprůhlednění tkán a zvýší citlivosti buněk na specifický světelný signál. Poté pak se můžou cílenými světelnými signály - typicky směřovaných do mozkových buněk neboli neuronů - aktivovat různé buňky, a tak do mozku "promlouvat". 

Optogenetika jako taková není na světě ani dvě desetiletí, první významnější krůčky pak začala dělat až po roce 2010. Nyní však skrze kalifornský vynález učinila velký skok kupředu. 

Jak zapnout mozek 

Výzkumníci totiž vytvořili multifotonovou holografickou metodu k aktivování - anebo k potlačení aktivity - celé množiny neuronů najednou. Dosavadní optogenetické pokusy obvykle operovaly s možností ovlivnit jeden neuron, popřípadě několik málo neuronů najednou. Nové zařízení ve formě precizního laserového projektoru je nejen schopné aktivoval až 50 specifických mozkových buněk o různé výšce (ve 3D prostoru), ale navíc je může aktivovat s přesností na milisekundy. 

Aby udělátko fungovalo, musí mít připravenou půdu - to v praxi stále znamená genetickou úpravu organismu, v aktuální studii myši. Mozkové buňky daného živočicha je po editaci možné laserem zasáhnout až padesátkrát za sekundu - což simuluje stejnou frekvenci jako běžná mozková aktivita. 

Vědci již testovali projekční systém v simulaci dotyku, zraku a motoriky. Myši, která byla upoutána na pás (stále musela mít nepohyblivou hlavu, aby mohl laser aktivovat dané části mozku), metoda střílením do desítek neuronů nasimulovala kýžený senzorický podnět. Ukazují to alespoň skeny mozkové aktivity získané během pokusu. 

Ultimátním cílem výzkumníků je metodu zdokonalit tak, aby bylo možné podobně ovlivňovat až několik tisíců neuronů najednou. To by už dávalo šanci nasimulovat komplexnější pocity i lidem. Autoři především cílí na možnost podobnou metodou vytvářet zdání hmatu u lidí používajících umělé končetiny.

zdroj: University of California - Berkeley

Stále na počátku

Ještě výhledověji by snad bylo možné podobně simulovat i samotný zrak. A jednou by podobná metoda mohla snad sloužit i k vytváření umělé reality, potažmo umělých vzpomínek. To se však bavíme o velmi vzdálené a velmi hypotetické budoucnosti. 

Prozatím má i takto pokročilá optogenetická projekce celou řadu svých "ale". První možný problém pramení z problematického otestování závěrů na čemkoliv chytřejším, než jsou myši. Optogenetické pokusy na lidech budou ještě velmi dlouho, možná navždy, ze své povahy zapovězené. Je tu tedy stále šance, že závěry testování na myších nejsou tak slibné, jak se vědci domnívají.

Z praktických problémů plynoucích z aplikace, je zde rovněž nutnost přímého výhledu laseru na mozkovou tkáň. I pokud by se budoucí generace smířily s tím, že budou mít lebky průhledné (či spíše vyvinuly miniaturizované lasery jako implantáty), je zřejmě znát, že do hmatatelného uplatnění má metoda stále velmi daleko. 

Výhledová šance ovlivňovat tisíce neuronů zní rovněž velmi solidně - připomeňme ale, že mozek obsahuje mezi 50 až 100 miliardami neuronů. Ani budoucí verze kalifornské technologie tedy nebude mít zrovna neomezený vliv. Přesto je podobný pokrok ve studiu mozku významný. Poprvé v historii mají totiž vědci na dosah šanci studovat samotnou "syntax" jednotlivých neuronů a neuronových sítí. Tedy jazyk, kterým náš mozek vytváří myšlenky a pocity. 

Optogenetika je tak možná teprve na svém počátku - není však zřejmě problém chápat důvod, proč její potenciál vyvolává vzpomínky na první roky poznávání DNA.

Původní studie vyšla v Nature.