Contrôle du cerveau avec la lumière: c'est possible avec l'optogénétique

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Les scientifiques médicaux étudient le cerveau depuis plus de cinq cents ans - et, après tout ce temps, l'organe énigmatique détient encore de nombreux secrets. Enfin, au cours des dernières années, une nouvelle technique appelée «optogénétique» fait son apparition, qui pourrait aider les scientifiques à percer les secrets du cerveau (et à traiter ses troubles) d'une manière entièrement nouvelle.

Pourquoi avons-nous besoin d'optogénétique?

À bien des égards, il est étonnant que les médicaments psychiatriques fonctionnent. L'état de l'art - la meilleure science moderne possible - revient à immerger le cerveau dans un bain chimique et à espérer qu'il fasse la seule chose qui nous intéresse. Et… ça marche! Parfois.

Il existe des médicaments très puissants pour traiter la dépression, le TOC, le trouble bipolaire et la maladie de Parkinson. Ils sont souvent criblés d'effets secondaires désagréables. Les médicaments qui fonctionnent bien ont souvent été découverts par rien d'autre que des essais et des erreurs. Dans de nombreux cas, les scientifiques n'ont pas une compréhension détaillée de la façon dont le cerveau fonctionne pour atteindre une fonction normale - ni comment il fonctionne lorsqu'il fonctionne mal. Ces lacunes dans les connaissances sont difficiles à combler par les méthodes traditionnelles d'étude du cerveau et limitent la capacité de développer des thérapies efficaces.

Ce que les psychiatres et les neurologues aimeraient vraiment, c'est un accès total en lecture-écriture au cerveau: la capacité de pénétrer dans la tête de quelqu'un et d'exciter ou supprimer des groupes arbitraires de neurones, avec une résolution à un seul neurone, nous permettant d'isoler les populations dysfonctionnelles et de corriger leur comportement dans temps réel. Malheureusement, casser la tête de quelqu'un et ouvrir des câbles à chaque neurone est impossible.

La promesse de l'optogénétique est qu'elle peut en fait permettre aux médecins de réaliser quelque chose proche de ce type d'accès.

Comment les scientifiques utilisent la lumière pour contrôler le cerveau

Voici comment cela fonctionne: premièrement, les chercheurs injectent au sujet un virus génétiquement modifié, conçu pour infecter le tissu cérébral. Des centaines de milliards de copies du virus inondent le cerveau, injectant leurs charges utiles dans les cellules nerveuses à mesure qu'elles les rencontrent.

Ces virus ne sont pas nocifs: au lieu de fournir une charge utile malveillante et auto-réplicable, ces virus ont été conçus par les scientifiques fourniront un brin d'ADN bénin qui code pour des protéines de surface spéciales qui répondent à des longueurs d'onde spécifiques de la lumière. Les virus servent simplement de seringues jetables pour délivrer l'ADN spécial aux cellules.

Les neurones incorporent cet ADN spécial et, si les conditions sont réunies, expriment des protéines de surface qui les font se déclencher lorsqu'ils sont stimulés par la lumière - les mêmes types de protéines qui sont utilisées par les cellules rétiniennes humaines pour détecter la lumière et se former images. En modifiant l'ADN pour être plus pointilleux lorsqu'il s'exprime, les scientifiques peuvent choisir quels types de neurones (il existe des milliers de variétés) expriment la protéine de surface et répondront à la lumière.

Ensuite, en contrôlant soigneusement où la lumière brille sur le cerveau, les emplacements spécifiques qui sont stimulés ou déprimé peut être contrôlé avec une précision inférieure au millimètre, un degré de contrôle qui n'a jamais été auparavant possible. Encore mieux, de nombreuses zones du cerveau peuvent être affectées sans avoir à couper ou à enfiler des fils dans la matière cérébrale, ce qui rend la procédure beaucoup plus sûre que les formes conventionnelles de stimulation cérébrale.

Selon Ed Boyden, professeur de bio-ingénierie et de neurosciences au MIT,

Si vous pouvez contrôler les cellules du cerveau, vous pouvez déterminer quelle est leur puissance, ce qu'elles peuvent influencer - et, si vous pouvez contrôler les cellules du cerveau, vous peut corriger des états cérébraux aberrants, et vous pouvez créer de nouveaux types de thérapie, en recalculant les calculs qui ont mal tourné dans un contexte neurologique ou psychiatrique désordre

Vous pouvez regarder une conférence assez technique (mais extrêmement intéressante) sur les techniques et la méthodologie ci-dessous:

Que pouvez-vous faire avec l'optogénétique?

Imaginez qu'un chercheur veuille mieux comprendre le fonctionnement de la dépression. Ainsi, le chercheur recueille des souris déprimées (ne demandez pas comment les chercheurs créent des souris déprimées, vous ne voulez pas savoir) et commence les tests.

Ils vérifient différents types de neurones et différentes régions du cerveau et voient ce qui se passe lorsque vous stimulez ou déprimez ces zones et ces types de neurones. Certains groupes expérimentaux deviennent plus heureux - certains deviennent plus déprimés: la plupart ne font ni l'un ni l'autre. En rétrécissant quelles populations sont liées et comment elles affectent le résultat, le chercheur construit lentement une carte fonctionnelle profonde et détaillée du cerveau: isoler les mécanismes de la joie.

C'est le genre d'expérience que l'optogénétique permet, et cela devrait permettre aux scientifiques de mieux comprendre les différentes fonctions mentales et les façons dont elles peuvent mal tourner.

L'optogénétique a déjà conduit à des perspectives potentielles intéressantes sur les hallucinations auditives de la schizophrénie. Selon le Dr Karl Deisseroth de l'Université de Stanford, il semble maintenant probable que les voix sont, en fait, des composantes normales du monologue interne étant mal interprétées comme une influence externe.

«Ce peut être une version mal reconnue des pensées internes. D'une manière ou d'une autre, l'information qu'une pensée vient vraiment de soi est perdue. C'est vu comme une chose étrangère, une voix qui parle. […] [Avant l'optogénétique] il n'y avait aucun moyen de le savoir car il n'y avait aucun moyen de contrôler sélectivement [les cellules] à la bonne échelle de temps. »

Ces sortes de connaissances sont scientifiquement importantes et pourraient conduire à de meilleurs médicaments et thérapies, ainsi qu'à répondre à d'anciens mystères sur la nature de la conscience et de l'intelligence Machines à penser: ce que la neuroscience et l'intelligence artificielle peuvent nous apprendre sur la conscienceLa construction de machines et de logiciels artificiellement intelligents peut-elle nous renseigner sur le fonctionnement de la conscience et la nature de l'esprit humain lui-même? Lire la suite .

Dans un avenir proche, les médecins pourraient être en mesure de prendre connaissance de ces expériences, de les retourner, et utiliser l'optogénétique sur des patients réels pour influencer les activités neurologiques qui contribuent à la dépression. L'optogénétique permet aux médecins non seulement d'étudier le cerveau mais aussi de le modifier avec une précision bien plus grande que ce qui était possible auparavant.

Construire un chapeau de santé mentale

Malheureusement, il n'est probablement pas possible d'utiliser l'optogénétique sur les humains de manière non invasive. Le crâne est tout simplement trop épais, il est donc nécessaire de faire passer des câbles à fibres optiques à travers. Il s'agit d'une intervention chirurgicale majeure et elle comporte des risques qui vont au-delà de ce qui est normalement impliqué dans le début d'un traitement psychiatrique.

Cependant, les thérapies en question ont le potentiel d'être beaucoup plus efficaces et d'avoir moins d'effets secondaires, donc cela en vaudra probablement la peine pour de nombreux patients. Il y a déjà eu des recherches sur l'utilisation de l'électricité stimulateurs cérébraux pour traiter la dépression sévèreet les résultats sont très prometteurs. Les futures thérapies basées sur l'optogénétique seront probablement moins invasives et plus efficaces: une fois que le cerveau est calé et correctement positionné câbles à fibres optiques, peut-être insérés par le nez pour éviter de percer le crâne, le reste du matériel peut être stocké à l'extérieur, pour faciliter accès. L'implant lui-même (les câbles à fibres optiques et les diodes laser) n'aurait besoin que de puissance et d'un signal de commande, ce qui pourrait un jour être fourni sans fil.

Le reste du matériel (l'ordinateur, la batterie, etc.) pourrait potentiellement être porté à l'extérieur, permettant au médecin du patient de le reprogrammer au besoin, sans nécessiter de chirurgie supplémentaire.

Au-delà de la correction des maladies mentales, l'optogénétique fournit également un moyen beaucoup plus biocompatible et moins invasif de stimuler les cellules nerveuses du cerveau et du corps que les électrodes implantées conventionnelles, ce qui contribuerait grandement à fabrication implants améliorant les performances de style transhumaniste Brancher votre cerveau et votre corps - L'avenir des ordinateurs implantésAvec la tendance actuelle de l'innovation technique et du progrès, c'est le bon moment pour explorer l'état de l'art des technologies informatiques et humaines. Lire la suite plus pratique.

Pour être clair, tout cela est encore loin: l'optogénétique est actuellement un outil de recherche largement utilisé (nous avons couvert des expériences en l'utilisant avant Une expérience de mémoire lumineuse affecte les cerveaux de souris comme un neuralyzer MIBVous vous souvenez quand Will Smith et Tommy Lee Jones ont utilisé le neuralyzer pour effacer la mémoire des gens? Eh bien, les chercheurs d'UC Davis ont réussi à "effacer des souvenirs spécifiques" chez des souris en utilisant la lumière. Lire la suite ). Cependant, son rôle en tant que thérapie clinique est d'au moins une décennie ou deux, et pourrait bien être remplacé par d'autres techniques qui peuvent fournir des résultats similaires de manière moins invasive.

Pourtant, la perspective est excitante, et certaines applications peuvent arriver plus tôt. Par exemple, c'est possible d'utiliser l'optogénétique pour construire de meilleurs implants cochléaires avec une plus grande précision.

N'est-ce pas vraiment effrayant?

Certains d'entre vous lisez déjà vos chapeaux en papier d'aluminium plus serrés autour de vos oreilles, et c'est entièrement juste: ce type d'accès au cerveau est sans précédent, en dehors d'une certaine marque de science hystérique fiction. Le potentiel d'abus mérite au moins d'être discuté.

Si vous pouvez exercer un contrôle suffisant sur le cerveau pour corriger la dépression, la schizophrénie et les troubles de la personnalité, vous pourriez être également en mesure d'exercer un contrôle suffisant pour reprogrammer l'orientation sexuelle d'une personne - ou lobotomiser des enfants les prisonniers. Le risque que les parents essaient d'utiliser une telle technologie pour imposer des changements d'identité à leurs enfants est une qui ouvre des préoccupations éthiques entièrement nouvelles que la médecine traitera pour la première fois déjà.

Au-delà de cela, d'un simple point de vue de la sécurité informatique, de nombreux appareils médicaux modernes ne sont tout simplement pas suffisamment sécurisés et peuvent être piratés, dans certains cas sans fil. Ce genre de compromis est assez effrayant avec un stimulateur cardiaque, mais cela devient vraiment horrible lorsque vous envisagez la possibilité qu'un attaquant puisse (potentiellement) faire un singe dans votre tête sans autorisation.

Les scientifiques travaillant sur ces thérapies n'ignorent pas ces problèmes. Karl Deisseroth, dans la même interview citée ci-dessus, a soulevé le même point:

«La spécificité de l'optogénétique soulève la question de savoir avec quelle précision peut-on peaufiner un cerveau pour vraiment créer un individu avec des besoins, des désirs, des priorités, des sentiments différents […] il y a aussi un aspect inquiétant qui soulève des questions de liberté volonté."

Pourtant, ces préoccupations pâlissent par rapport au nombre énorme de personnes souffrant horriblement de maladies psychiatriques actuellement non traitables que l'optogénétique a le potentiel d'aider. Cette technologie est plus utile qu'elle n'est dangereuse et, au fur et à mesure qu'elle se développera au cours des prochaines décennies, pourrait changer radicalement la nature de la thérapie en santé mentale.

Qu'est-ce que tu penses? Effrayant, cool ou quelque part entre les deux? L'optogénétique peut-elle vous aider personnellement? Faites le nous savoir dans les commentaires!

Crédit d'image: Les neurones Via Shutterstock, «Papier d'aluminium» par Russ Walker