Фоторецепторы в сетчатке не только предоставляют нам информацию о мире, но и контролируют настроение, уровень метаболизма и циркадные ритмы. Таким образом, свет может напрямую влиять на мозг. Ученые из Университета штата Иллинойс провели эксперимент на мышах, чтобы выяснить, как специально разработанные световые импульсы могут повлиять на поведение нейронов. Об исследовании пишет Science Daily.
Особые световые пучки, называемые когерентным контролем, ранее применялись для регулирования химических реакций, но в данной работе с их помощью впервые контролировали функции живой клетки. В исследовании использовали оптогенетические мышиные нейроны, то есть нервные клетки, в которые был добавлен ген, заставляющий их реагировать на свет. По словам исследователей, аналогичный метод можно применять для клеток, которые естественным образом реагируют на свет, например, рецепторов сетчатки.
В то время как большинство биологических систем в природе адаптированы к непрерывному солнечному свету, авторы работы использовали поток очень коротких световых импульсов — менее 100 фемтосекунд. Это высвобождает большое количество энергии за короткий промежуток времени, возбуждая молекулы в разных энергетических состояниях. Помимо управления длительностью световых импульсов, команда управляла порядком длин волн каждого светового импульса.
Свет использовался для возбуждения светочувствительного канала в мембране нейронов. Когда каналы возбуждались, они пропускали ионы, что приводило к тому, что нейроны вырабатывали нервный импульс. Таким образом, было доказано, что сверхбыстрые световые импульсы могут возбуждать нейроны. Потенциально это может стать основой для терапии проблем с настроением и циркадными ритмами. Возможно, в один прекрасный день свет сможет заменить лекарства.
По словам авторов работы, когерентный контроль мог бы сделать оптико-цифровые исследования более гибкими, потому что изменять свойства используемого света намного проще, чем всякий раз создавать особую разновидность генно-модифицированных мышей. Также открытие должно помочь развитию других областей науки за пределами оптогенетики — например, исследованиям глаз и фотосинтетических структур.
Оптогенетические методы уже сегодня дают надежду на лечение некоторых заболеваний нервной системы. Так, ученые из Колумбийского университета (США) смогли восстановить воспоминания, уничтоженные болезнью Альцгеймера, с помощью синего лазера. К сожаелению, это было только экспериментальное исследование на мышах, однако исследователи верят, что оно в будущем послужит и людям.