Gedankengesteuerte Gene könnten uns eines Tages helfen zu heilen - - Verstand - 2020

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Anonim

Die Wissenschaftler kombinierten eine Gehirn-Computer-Schnittstelle mit einem optogenetischen Schalter, um die erste Gehirn-Gen-Schnittstelle zu schaffen

Menschen können prothetische Gliedmaßen, Computerprogramme und sogar ferngesteuerte Hubschrauber mit ihrem Verstand steuern, und dies alles mithilfe von Gehirn-Computer-Schnittstellen. Was wäre, wenn wir diese Technologie nutzen könnten, um die Dinge in unserem eigenen Körper zu kontrollieren? Ein Team von Bioingenieuren in der Schweiz hat den ersten Schritt in Richtung dieses cyborglike-Setups gemacht, indem eine Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer mit einem synthetischen biologischen Implantat kombiniert wurde, wodurch ein genetischer Wechsel durch Gehirnaktivität möglich ist. Es ist die weltweit erste Schnittstelle zwischen Gehirn und Gen.

Die Gruppe begann mit einer typischen Gehirn-Computer-Schnittstelle, einer Elektrodenkappe, mit der die Gehirnaktivität der Probanden registriert und Signale an ein anderes elektronisches Gerät übertragen werden können. In diesem Fall ist das Gerät ein Generator für elektromagnetische Felder. verschiedene Arten von Gehirnaktivität bewirken, dass das Feld in seiner Stärke variiert. Der nächste Schritt ist jedoch völlig neu: Die Experimentatoren nutzten das elektromagnetische Feld, um die Proteinproduktion in menschlichen Zellen in einem Implantat in Mäusen auszulösen.

Das Implantat verwendet eine Spitzentechnologie, die als Optogenetik bekannt ist. Die Forscher bauten bakterielle Gene in menschliche Nierenzellen ein, wodurch sie lichtempfindliche Proteine ​​produzierten. Dann bauten sie die Zellen so zusammen, dass die Stimulierung mit Licht eine Reihe molekularer Reaktionen auslöst, die letztendlich ein Protein produzieren, das als sekretierte alkalische Phosphatase (SEAP) bezeichnet wird und leicht nachweisbar ist. Dann legten sie die menschlichen Zellen und ein LED-Licht in kleine Plastiktüten und schoben sie unter die Haut mehrerer Mäuse.

Freiwillige, die Elektrodenkappen trugen, spielten entweder Minecraft oder meditierten und erzeugten moderate oder große elektromagnetische Felder auf einer Plattform, auf der die Mäuse standen. Das Feld aktiviert die Infrarot-LED des Implantats, wodurch die Produktion von SEAP ausgelöst wird. Das Protein diffundiert dann über die Membranen im Implantat in den Blutkreislauf der Mäuse.

Minecraft zu spielen erzeugte moderate Mengen an SEAP im Blutkreislauf der Mäuse, und die Meditation erzeugte hohe Konzentrationen. Eine dritte Art der mentalen Kontrolle, bekannt als Biofeedback, bestand darin, dass die Freiwilligen das Licht beobachteten, das durch die Haut der Mäuse gesehen werden konnte, und lernten, die LED bewusst ein- oder auszuschalten, wodurch die SEAP-Produktion ein- oder ausgeschaltet wurde.

"Die Kombination einer Gehirn-Computer-Schnittstelle mit einem optogenetischen Schalter ist eine täuschend einfache Idee", sagt der leitende Autor Martin Fussenegger von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich, "aber die Steuerung von Genen auf diese Weise ist völlig neu." Das Setup nutzt die Kraft der Optogenetik, ohne dass der Benutzer seine eigenen Zellen genetisch verändern muss. Fussenegger und seine Co-Autoren stellen sich vor, dass therapeutische Implantate eines Tages Chemikalien produzieren, um eine Vielzahl von Fehlfunktionen zu korrigieren: Neurotransmitter zur Regulierung der Stimmung oder Angst, natürliche Schmerzmittel bei chronischen oder akuten Schmerzen, Blutgerinnungsfaktoren bei Hämophilen und so weiter. Einige Patienten würden von einer bewussten Kontrolle der intravenösen Dosierung in hohem Maße profitieren, anstatt sich auf Sensoren zu verlassen - insbesondere in Fällen wie Schmerzen, die für jeden außer dem Betroffenen schwer messbar sind, oder Patienten oder andere, die bei Bewusstsein sind, aber nicht miteinander kommunizieren können.

Dieser Artikel wurde ursprünglich mit dem Titel "Thought-Controlled Gene" in SA Mind 26, 2, 19 (März 2015) veröffentlicht.

Doi: 10.1038 / Scientificamericanmind0315-19