Ученые впервые в мире дистанционно «контролировали разум» мышей

Они могли контролировать аппетит, дружелюбие и даже материнское поведение мышей.

Ученые из Института фундаментальной науки (IBS) в Южной Корее разработали новый способ управления сознанием мышей, манипулируя “переключателями”, активируемыми магнитными наночастицами, внутри их мозга с помощью внешнего магнитного поля. Система, получившая название Nano-MIND (Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics), работает, управляя целевыми областями мозга путем активации нейронных цепей.

Хотя это не первый эксперимент по “управлению разумом” с участием животных, предыдущие подходы традиционно опирались на инвазивную хирургию и громоздкие внешние системы, ограничивающие движения испытуемых. И это не первый эксперимент с магнитными наночастицами, их ранее уже использовали, но не для контроля мозга, а для дистанционного контроля высвобождения гормонов в надпочечниках крыс.

“Это первая в мире технология, позволяющая свободно управлять определенными областями мозга с помощью магнитных полей”, – говорит Джинву Чон, директор Центра наномедицины IBS и старший автор новой статьи, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, в своем заявлении об исследовании. “Мы ожидаем, что она будет широко использоваться в исследованиях, направленных на понимание функций мозга, сложных искусственных нейронных сетях, технологиях двустороннего взаимодействия [мозг-компьютер] и новых методах лечения неврологических расстройств”.

Ученые манипулировали нейронами с помощью магнита, поворачивая крошечный привод, который тянул или толкал наночастицы в мозге мышей. Команда интегрировала ионные каналы с помощью методов оптогенетики в целевые популяции клеток мозга мышей. Ионные каналы облегчают электрическую сигнализацию в мозге, позволяя определенным ионам (таким как натрий, калий и кальций) проходить через мембрану. Ионные каналы можно включить магнитно, повернув крошечный привод. Все, что требуется, — это окружающее поле, достаточно сильное, чтобы притянуть наночастицу.

В экспериментах исследователи активировали тормозные нейроны в определенных областях мозга, чтобы повлиять на аппетит и поведение при кормлении. Возбуждая эти нейроны, команда уменьшала количество съедаемой мышами пищи на 50%. Кроме того, они использовали систему для избирательной активации рецепторов, отвечающих за материнское поведение, в мозге самок мышей, которые не размножались. Активируя эти пути, мыши “значительно усиливали поведение, связанное с воспитанием, например, приносили детенышей в гнездо”, говорится в пресс-релизе. В третьем эксперименте исследователям удалось активировать участки мозга, отвечающие за усиление “дружелюбного” поведения, побуждая мышей ладить с другими мышами в маленькой камере, с которыми они никогда раньше не встречались.

По мнению авторов работы, исследование может заложить основу для новых методов лечения неврологических и психических заболеваний у людей. Еще наличие такого точного контроля над определенными цепями стало бы настоящим благом для исследователей, стремящихся картировать неврологические пути или тестировать новые методы лечения.

Исследование Choi, SH., Shin, J., Park, C. et al. In vivo magnetogenetics for cell-type-specific targeting and modulation of brain circuits. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01694-2