Новый беспроводной имплантат контролирует поведение лабораторных животных

Группа ученых из американского Северо-Западного университета разработала сверхминиатюрное беспроводное устройство для имплантации в мозг лабораторных грызунов и провела успешные эксперименты с ним. При этом мембраны нейронов у подопытных животных были генетически модифицированы и содержали белки, срабатывающие в ответ на облучение светом определенной длины волны. Такой метод активации нервных связей называется оптогенетикой и используется в исследованиях мозга. Можно вспомнить, что именно с помощью оптогенетики ученые научили певчих птиц новым незнакомым песням.

Новое устройство совсем невелико, не требует проводного соединения и совершенно не мешает мышам в движениях и обычной жизни, позволяя наблюдать их в естественных условиях. Во время опытов ученые включали имплантат через беспроводной интерфейс, и он моментально запускал просоциальное, дружелюбное поведение мышей или же «отключал» его. Об этом Евгения Козоровитски (Yevgenia Kozorovitskiy) и ее коллеги пишут в статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience.

«Прежние технологии не позволяли наблюдать социальные взаимодействия между животными в сложных условиях, поскольку они были связаны, — подчеркивает профессор Козоровитски. — Оптоволокно легко ломалось или запутывало их. Так что для ответов на сложные вопросы о поведении животных требовалось применение инновационных беспроводных технологий».

В самом деле, применение методов оптогенетики обычно требует какого-то способа подачи лазерного излучения на нужную группу клеток мозга. Для этого в черепе делают отверстие, куда подводят оптоволокно, и затем, включая или отключая лазер, следят за поведением ГМ-животного, изучая проявления активности соответствующих нейронов. Однако при экспериментах с группой животных «куст» проводов, торчащий из головы, не позволяет им нормально взаимодействовать друг с другом.

Именно поэтому команда нейробиологов под руководством Евгении Козоровитски совместно с электротехниками из группы профессора Джона Роджерса (John Rogers) разработала миниатюрный оптогенетический имплантат без проводов. Он крепится на поверхность черепа и при толщине около 0,5 миллиметра практически незаметен в шерсти на голове грызуна. При этом тончайшие нити оптоволокна с внутренней поверхности пластины уходят под череп и могут активировать целевые нейроны. Даже энергию оно получает через беспроводную антенну, от «зарядного устройства», расположенного непосредственно у клетки, где содержатся животные.

Чтобы продемонстрировать возможности новой технологии, Козоровитски и ее коллеги провели эксперименты с парами и группами лабораторных ГМ-мышей. С помощью лазера ученые удаленно синхронизировали активность нейронов медиальной префронтальной коры (МПК). Эта область головного мозга играет важную роль в реализации высших функций, в том числе в социальном поведении. И действительно, искусственная синхронизация активности МПК у животных приводила к тому, что они стремились взаимодействовать друг с другом, а десинхронизация вызывала обратный эффект, заставляя расходиться в стороны.