การบรรลุเป้าหมายที่ทะเยอทะยาน เช่น การค้นหาว่าเซลล์ประสาทสร้างพฤติกรรม รักษาอาการเจ็บป่วยทางจิต และฟื้นฟูความจำที่หายไปได้อย่างไร เป็นไปไม่ได้ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในความสามารถในการฟังและจัดการเซลล์ประสาท แต่วิธีการในปัจจุบันก็ยังห่างไกลจากความต้องการ“เครื่องมือจะต้องเป็นจุดสนใจ” Sejnowski กล่าว “เราต้องเตรียมเครื่องมือเหล่านั้นเข้าที่ ไม่มีทางแม้แต่จะลงจากพื้นจนกว่าเราจะมีเครื่องมือเหล่านั้น”
ในด้านออพโตเจเนติกส์ นักวิทยาศาสตร์ใช้แสงเพื่อควบคุมเซลล์สมอง
ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมให้ตอบสนองต่อแสง ในขณะที่สร้างการค้นพบที่เป็นประโยชน์ในสัตว์เช่นหนูแล้ว optogenetics จะไม่เป็นประโยชน์ในมนุษย์
INBAL GOSHEN & KARL DEISSEROTH
แผนการเริ่มต้นของ NIH สะท้อนถึงความเชื่อนั้น เมื่อวันที่ 17 ธันวาคม หน่วยงานได้เปิดเผยการเรียกร้อง 6 โครงการสำหรับโครงการที่จะให้ทุนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ BRAIN Initiative แต่ละคนอธิบายแผนการสร้างเครื่องมือ Insel กล่าวว่า “สิ่งที่เราพยายามทำคือนำเครื่องมือและโครงสร้างพื้นฐานมาใช้งาน เพื่อให้เราเข้าใจมากขึ้นว่าสมองทำงานอย่างไรทั้งในด้านสุขภาพและโรคภัยไข้เจ็บ
นักวิทยาศาสตร์ต้องการติดตามพฤติกรรมทางไฟฟ้าและเคมีของเซลล์ประสาทจำนวนมาก – หลายพันหรือหลายล้าน – ในเวลาเดียวกันในขณะที่สามารถซูมเข้าเพื่อดูและจัดการเซลล์เหล่านั้นได้ วิธีทั่วไปวิธีหนึ่งในการดักฟังพฤติกรรมของเซลล์ประสาทในปัจจุบันนั้นอาศัยอิเล็กโทรดที่ออกแบบมาเมื่อหลายสิบปีก่อน Insel กล่าวว่า ประสาทวิทยายังคงติดอยู่กับเทคโนโลยีในช่วงทศวรรษ 1950 ในขณะที่คนอื่นๆ ในโลกได้เรียนรู้วิธีใช้งานระบบไร้สายและย่อขนาดแล้ว
การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กหรือ MRI ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้แผนที่ทางกายวิภาคที่ดีของสมองทั้งหมดและรูปแบบกิจกรรมในวงกว้าง ( SN: 12/19/09, p. 16 ) แต่ยังดีที่เทคโนโลยี MRI ยังคงพลาดรายละเอียดมากมาย เซลล์ประสาทนับล้านเซลล์สามารถอยู่ในว็อกเซลเดียว ซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดที่ MRI ทำงานสามารถตรวจจับได้ “MRI
แสดงรายละเอียดเกี่ยวกับกายวิภาคศาสตร์ที่ยอดเยี่ยม น่าอัศจรรย์ แต่ก็มีขีดจำกัดความละเอียด” Ling กล่าว “
เราจะเพิ่มมันได้อย่างไร? ง่าย — สร้างแม่เหล็กที่ใหญ่ขึ้น โอ้ ดี มาสร้างแม่เหล็ก 50 เทสลากันเถอะ คุณจะวางสิ่งนี้ในเมืองใด? เพราะคุณต้องเช็ดออกประมาณเจ็ดช่วงตึกจึงจะทำได้” การเพิ่มขนาดเทคโนโลยีที่มีอยู่จะไม่ทำงาน Ling กล่าว จำเป็นต้องมีแนวคิดใหม่โดยพื้นฐาน
จำเป็นต้องมีวิธีการใหม่ที่รุนแรงเพื่อให้สามารถควบคุมพฤติกรรมของเซลล์ประสาทได้อย่างแม่นยำ เทคนิคใหม่อันทรงพลังอย่างหนึ่งที่เรียกว่าออพโตเจเนติกส์ ช่วยให้นักวิจัยใช้แสงเพื่อควบคุมเซลล์สมองบางชนิดในสัตว์ได้ แต่มันเป็นไปไม่ได้ในคน เพราะมันต้องการการดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อสร้างเซลล์ประสาท
ผลิตโปรตีนที่ไวต่อแสงเฉพาะ สำหรับตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ถูกบังคับให้พึ่งพาวิธีการที่แม่นยำน้อยกว่าในการเปลี่ยนแปลงกิจกรรมของเซลล์ประสาทของมนุษย์
ยาจิตเวชสามารถเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของเซลล์ประสาทได้ ตัวอย่างเช่น แต่ผลลัพธ์ที่ได้นั้นไม่แน่ชัด เช่น การใช้น้ำมันดับเครื่องยนต์ทั้งคันของรถยนต์ ทุกเซลล์ในสมองจะได้รับยา เมื่อมีเพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่ต้องการยาจริงๆ ยิ่งไปกว่านั้น ในกรณีส่วนใหญ่ นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจว่ายาจิตเวชทำงานอย่างไร
แนวทางอื่นที่ปราศจากยาอาจใช้ได้ผลดีกว่า: เทคโนโลยีใหม่ที่เรียกว่าการกระตุ้นสมองส่วนลึก ทำหน้าที่เป็นเครื่องกระตุ้นหัวใจ การกระตุ้นสมองส่วนลึกได้แสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาในการรักษาผู้ป่วยโรคพาร์กินสันและภาวะซึมเศร้าขั้นรุนแรงโดยการกระตุ้นทางหลวงประสาทด้วยอิเล็กโทรดที่ฝังอยู่ในสมอง และเช่นเดียวกับยาจิตเวช เทคนิคนี้ก็ยังไม่ชัดเจนและไม่เข้าใจดีนัก
“ฉันคิดว่าผู้คนเข้าใจดีว่าคุณจะไม่สามารถแก้ไขบางสิ่งที่ซับซ้อนเท่ากับสมองด้วยเครื่องมือปัจจุบันได้ พวกมันหยาบคายเกินไป” Sejnowski กล่าว เช่น “พยายามซ่อมคอมพิวเตอร์ด้วยประแจ”
แทนที่จะต้องใช้ประแจมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์ต้องการเครื่องมือที่มีความแม่นยำอันทรงพลัง ซึ่งบางอันอยู่ในระหว่างดำเนินการ สถาบัน Allen, HHMI และหน่วยงานอื่นๆ ได้ร่วมมือกับศูนย์วิจัยนาโนอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า imec เพื่อสร้างอิเล็กโทรดขนาดเล็กแต่ทรงพลัง ซึ่งสามารถบันทึกพฤติกรรมของเซลล์ประสาทหลายร้อยเซลล์ได้อย่างแม่นยำ “นั่นจะเป็นเทคโนโลยีที่ยอดเยี่ยมมาก” Koch กล่าว
นักวิทยาศาสตร์ที่ Janelia Farm กำลังคิดค้นวิธีที่ซับซ้อนในการให้ความสว่างแก่พฤติกรรมของระบบประสาทในปลาม้าลาย แมลงวัน และหนู โดยเซลล์ประสาทพันธุวิศวกรรมเพื่อผลิตโปรตีนที่เรียกว่า GCaMP นักวิจัยสามารถดูเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ออกจากข้อความได้ แนวคิดของการใช้โปรตีนเพื่อตรวจจับกิจกรรมของเซลล์ประสาทไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่ความไวของเวอร์ชันล่าสุดนี้ดีกว่าความพยายามครั้งก่อนมาก Gerald Rubin กรรมการบริหารของ Janelia Farm กล่าว เมื่อเดือนมีนาคม พ.ศ. 2556 นักวิจัยของ Janelia Farm ได้เผยแพร่ภาพยนตร์เกี่ยวกับการทำงานของสมองม้าลายทำให้หลายคนตกตะลึงเมื่อเดือนมีนาคม 2556
credit : tinyeranch.com grlanparty.net echotheatrecompany.org lakecountysteelers.net yingwenfanyi.org thisdayintype.com celebrityfiles.net nydigitalmasons.org nikeflyknitlunar3.org unutranyholas.com
