• Wednesday July 17,2019

Kawalan minda pergi tanpa wayar

Anonim

Christian Wentz dari MIT telah mencipta topi yang tidak akan kelihatan di perlumbaan kuda atau perkahwinan diraja. Ia terdiri daripada dua papan litar dan antena, dan ia dimodelkan oleh tetikus. Wentz telah mengawal topi secara langsung ke otak tetikus dan dia boleh menggunakannya untuk mengawal tingkah laku haiwan dengan kelip-kelip cahaya. Dan yang paling penting, dia boleh melakukannya dari jauh.

Helmet tanpa wayar adalah inovasi terkini dalam bidang optogenetik yang menarik, di mana saintis boleh menggunakan cahaya untuk mengawal kelakuan kedua-dua sel dan keseluruhan haiwan. Penetapan biasa melibatkan sel-sel pemuatan - biasanya neuron - dengan protein pengawas cahaya yang sensitif. Apabila protein melihat cahaya, ia membuka dan membolehkan ion memasuki neuron, menjadikannya kebakaran.

Dengan memperkenalkan protein ke tempat yang betul, saintis boleh menukar bahagian otak tertentu, atau pun neuron individu. Mereka boleh menghidupkan tingkah laku agresif atau seksual atau membuat haiwan berjalan dalam lingkungan. Teknik ini menjanjikan untuk merevolusikan pemahaman kita mengenai cara kerja otak. Ia juga boleh membantu untuk membangunkan rawatan untuk penyakit.

Tetapi optogenetik selalu ada masalah - mesti ada cara untuk menyampaikan cahaya kepada neuron yang diubah. Kebanyakan orang melakukannya dengan gentian optik, disambungkan kepada laser atau LED. Tetapi ini mempunyai kelemahan yang ketara. Anda hanya boleh bekerja dengan beberapa haiwan pada satu masa kerana seratnya mungkin kusut dan pecah. Anda tidak boleh melakukan kajian jangka panjang atas alasan yang sama. Dan anda perlu mengendalikan haiwan mereka pada permulaan setiap percubaan, yang boleh menimbulkan tekanan dan mengubah tingkah laku mereka.

Sebaik-baiknya, akan ada cara untuk menghidupkan lampu jauh dari kehendak. Ed Boyden, salah seorang pengasas optogenetics dan pemimpin kajian ini, mengatakan bahawa sesetengah kumpulan cuba mencipta peranti berkuasa bateri yang memancarkan cahaya dari LED. Tetapi ini umumnya gagal. "Masalahnya adalah bahawa sumber cahaya adalah tenaga yang tidak cekap, " kata Boyden. "LEDS dan laser menghilangkan banyak tenaga mereka dalam haba, jadi anda memerlukan arus yang cukup tinggi atau tahap kuasa untuk mendapatkannya." Ini bermakna bahawa anda memerlukan bateri yang besar, yang biasanya berat seperti tetikus itu sendiri ! "Saya tidak fikir bahawa mana-mana peranti ini telah digunakan dalam kertas saintifik dalam tempoh 5 tahun yang lalu, " kata Boyden.

Daripada bateri, Wentz telah mencipta topi optogenetik yang melepaskan kuasa tanpa wayar. Pemancar berhampiran, yang tidak disambungkan ke tetikus, mewujudkan medan magnet yang diambil oleh antena pada topi keledar tikus. Medan ini menggerakkan arus elektrik, yang boleh memancarkan satu set 16 LED dalam topi keledar. Ini memberikan cahaya yang diperlukan untuk menanggalkan neuron-neuron genetik di dalam otak tetikus.

Sementara itu, satu perisian pintar di helmet menyimpan tenaga dalam supercapacitor apabila ia tidak diperlukan. Apabila Wentz memulakan eksperimennya, kapasitor melepaskan kuasa tersimpan dan menyalakan lampu LED. "Untuk eksperimen ini, anda memerlukan sejumlah besar kuasa tetapi hanya untuk jangka masa yang singkat, " kata Boyden. "Sistem ini menyimpan tambahan apabila terdapat tambahan dan membiarkannya apabila ada permintaan, seperti grid kuasa untuk elektrik biasa.

Helmet boleh dikawal oleh stesen pangkalan yang dipasang ke soket USB komputer. Untuk menguji ini dalam amalan, Wentz memprogramkan denyut cahaya biru untuk bersinar hanya pada satu sisi korteks motor mouse - bahagian otak yang mengawal pergerakan. Apabila ini berlaku, tetikus beralih ke bahagian itu. Wentz boleh mengarahkan haiwan dari komputer ribanya.

Tidak ada tanda-tanda bahawa topi keledar itu merosakkan atau mencederakan tikus, yang biasanya berlaku tiga bulan kemudian. "Peranti ini sangat kecil, dan kami mempunyai versi yang lebih kecil sekarang, hingga kira-kira gram, " kata Boyden. Ia juga terlindung secara elektrik dari tetikus itu sendiri, dan perisian menutup segala-galanya jika ia mendapat satu darjah lebih panas daripada suhu normal tetikus. Dan segala-galanya tetapi LED boleh dicabut antara eksperimen, jadi tetikus itu akan menjadi hari hatinya apabila ia tidak berfungsi.

Alat dengar wayarles ini memperluaskan jenis eksperimen yang boleh dilakukan saintis sekarang. "Jika anda mempunyai kabel yang dipasang pada haiwan, itu akan merosakkan eksperimen, " kata Boyden. "Di sini anda boleh menyiarkan peranti kecil ini dan ia akan membolehkan semua perkara."

Mereka boleh memberi tumpuan kepada aspek biologi di mana neuron berubah dalam masa beberapa jam, seperti tidur atau epilepsi. Mereka juga dapat melihat perkembangan badan atau penyakit seperti Parkinson di mana litar otak berubah selama bertahun-tahun dan beberapa dekad. Mereka juga boleh melakukan eksperimen berskala besar, di mana mereka mengubah tingkah laku banyak haiwan pada masa yang sama. "Saya sentiasa kecewa dengan orang-orang genom di mana anda boleh melakukan sesuatu dengan cara yang sangat sistematik, berskala besar, " kata Boyden. "Sebagai perbandingan, neurosains sentiasa menjadi bentuk seni. Membolehkan orang mengawal pelbagai haiwan pada masa yang sama akan membolehkan kita meningkatkan usaha kita. "

Akhirnya, Boyden mahu menambah perakam kepada topi keledar yang dapat mengukur aktiviti neuron berdekatan dan bukan sekadar mengaktifkannya. "Sekiranya kita dapat merakam peristiwa saraf, seperti corak tidur atau isyarat ganjaran, kita boleh membantahnya pada ketika itu."

Sesetengah orang dengan penyakit Parkinson berjaya mengawal simptom mereka menggunakan implan, seperti pacemaker, yang menyampaikan arus elektrik melalui elektrod. Peranti optogenetik boleh menjadi peringkat seterusnya dalam evolusi implan ini. Dan jika Boyden mendapat rekodnya bekerja, implan itu dapat memberikan maklumat berharga tentang apa yang terjadi di otak orang dengan Parkinson, epilepsi atau keadaan lain. "Ramai implan saraf cuba mengekalkan kuasa mereka, jadi mereka tidak dapat melakukan apa-apa perhitungan, " katanya. "Sekiranya kuasa sedang disiarkan dari jauh, kuasa-kuasa tersebut dapat diatasi."

Sesungguhnya, teknologi hanya akan menjadi lebih canggih dengan masa. "Hampir semua teknologi yang mendasari membolehkan peranti ini diperbaiki setiap hari.

Dengan menunggang keluk pembangunan teknologi, sistem yang diterangkan di sini mungkin akhirnya menjadi miniatur kepada beberapa milimeter persegi. "

Rujukan: Wentz, Bernstein, Monahan, Guerra, Rodriguez & Boyden. 2011. Alat berkuasa tanpa wayar dan terkawal untuk kawalan saraf optik haiwan yang berkelakuan bebas. Jurnal Kejuruteraan Neural //dx.doi.org/10.1088/1741-2560/8/4/046021

Lebih banyak pada optogenetik

  • Menghidupkan gen dengan pecah cahaya biru
  • Menurunkan cahaya seks dan keganasan di dalam otak


Artikel Yang Menarik

Manuver pada Beam Cahaya: Bagaimana Mengendali Pesawat Kapal Berlayar Solar

Manuver pada Beam Cahaya: Bagaimana Mengendali Pesawat Kapal Berlayar Solar

Musim panas ini, pelayaran matahari keemasan Jepun terbentang di angkasa, menjadi misi yang berjaya pertama untuk berlayar dengan tekanan fizikal sinaran matahari. Kejayaannya membawa para pemimpi seperti pengarah Persatuan Planetarium Bill Nye untuk membayangkan masa depan mesin yang diterajui oleh tekanan laser untuk meneroka kosmos

Adakah Sains Iklim Mempunyai John Scopes?

Adakah Sains Iklim Mempunyai John Scopes?

Dalam jawatan terakhir saya, saya menyatakan bahawa Los Alamitos Unified School District telah meletakkan dasar untuk "mengajar kontroversi" sains iklim. (Laporan berita di sini.) Jika ini adalah evolusi dan bukannya sains iklim, tindakan sedemikian mungkin menggambarkan Amaran Pertama, tuntutan gereja dan negeri

Friday Fluff - 26 November 2010

Friday Fluff - 26 November 2010

1. Pertama, satu jawatan dari masa lalu : Ketakwaan sosial manusia. 2. Pertanyaan carian pelik minggu ini : 'kajian biologi evolusi pelacur. ' 3. Komen minggu ini , sebagai tindak balas kepada kultus Korea: Razib, seperti yang anda katakan mereka celik, tetapi tidak dengan cara yang bebas

Buku (P) kajian # 1: Kehidupan Meningkat, Sepuluh Great Inventions Evolution

Buku (P) kajian # 1: Kehidupan Meningkat, Sepuluh Great Inventions Evolution

Bulan lalu, saya bertanya kepada anda bagaimana untuk mengendalikan timbunan buku sains yang saya terima (sebelum saya mendermakan kebanyakan mereka ke perpustakaan, sudah tentu). Banyak pluraliti yang anda undi memihak kepada penerangan kecil kerakyatan, dan bukannya alternatif seperti ulasan yang kurang kerap

Galaxy Orbit Betray Neatnik Universe

Galaxy Orbit Betray Neatnik Universe

Biasanya, kemajuan sains membawa kepada kerumitan yang lebih besar - sayangnya, Bumi bukan satu-satunya dunia; tidak, elektron tidak mempunyai bola kecil kecil; Malangnya, kuman tidak semua baik atau buruk. Tetapi sekali-sekala, para saintis menemui alam semesta yang suka pesanan kecil juga: Para astronom baru saja mengetahui gerombolan galaksi kerdil yang mengorbit yang besar cenderung melakukannya dalam cakera yang baik dan jelas

Starfish Meruntuhkan Eksperimen dan Mendedahkan Kekuatan Besar

Starfish Meruntuhkan Eksperimen dan Mendedahkan Kekuatan Besar

Para saintis sudah mengetahui bintang laut mempunyai kuasa-kuasa besar. Mereka boleh menjana keseluruhan anggota badan atau organ yang hilang; sesetengahnya boleh menyusun kembali seluruh badan dari satu tangan. Dan haiwan-haiwan ini baru saja mendedahkan kebolehan yang aneh. Kepada dua pelajar Denmark, ia pertama kali muncul sebagai kuasa untuk menghancurkan eksperimen