Optogenetik adı verilen bir yöntem, hafıza, algı ve bağımlılık hakkında fikir verir.
Bazı büyük bilimsel keşifler aslında keşfedilmemiştir. Ödünç alınırlar. Bilim adamları beklenmedik bir borç verenden proteinler aldıklarında olan buydu: yeşil algler.
Alg türlerinin Chlamydomonas reinhardtii hücreleri, ışığı algılayabilen proteinlerle süslenmiştir. İlk olarak 2002'de fark edilen bu yetenek, beyin bilimcilerinin hızla dikkatini çekti. Işığa duyarlı bir protein, nöronları - beynin sinir hücreleri - onları tam olarak doğru yerde ve zamanda açıp kapatmanın bir yolunu sağlayarak kontrol etme gücünü vaat etti.
Algal proteinleri üretmek için genetik olarak tasarlanmış sinir hücreleri, ışık kontrollü kuklalar haline gelir. Bir ışık parlaması, sessiz bir nöronun sinyalleri ateşlemesine neden olabilir veya aktif bir nöronu sessiz kalmaya zorlayabilir.
Farelerin retinalarındaki görme hücrelerini kontrol etmenin bir yolunu arayan görme sinirbilimci Zhuo-Hua Pan, “Bu molekül, ihtiyacımız olan ışık sensörüdür” diyor.
Bu ödünç veren proteinler tarafından etkinleştirilen yöntem , ışık (opto) ve gen kombinasyonu nedeniyle şimdi optogenetik olarak adlandırılmaktadır . Yirmi yıldan kısa bir süre içinde optogenetik, anıların nasıl depolandığına, neyin algı oluşturduğuna ve depresyon ve bağımlılık sırasında beyinde neyin yanlış gittiğine dair büyük içgörülere yol açtı.
Bazı sinir hücrelerinin aktivitesini yönlendirmek için ışığı kullanan bilim adamları, fare halüsinasyonlarıyla oynadılar: Fareler, orada olmayan çizgiler gördüler ve daha önce hiç girmedikleri bir odayı hatırladılar . Bilim adamları, farelerin dövüşmesini, çiftleşmesini ve yemek yemesini sağlamak için optogenetiği kullandı ve hatta kör farelere görüş sağladı . Büyük bir ilkle, optogenetik yakın zamanda kör bir adamın vizyonunun bazı yönlerini restore etti .
Optogenetiğin potansiyeline dair erken bir ipucu 4 Ağustos 2004'te sabah saat 1 civarında geldi. Sinirbilimci Ed Boyden Stanford'da bir laboratuvarda, channelrhodopsin-2 adı verilen alg ışık sensörlerinden biri için bir gene sahip olan bir nöron tabağını kontrol ediyordu. . Boyden hücrelere mavi ışık yakacak ve sinyal gönderip göndermediklerini kontrol edecekti. Boyden, 2011 tarihli bir hesabında , kontrol ettiği ilk hücrenin ışığa bir hareket patlamasıyla yanıt verdiğini hayretle karşıladı . Boyden, Stanford Üniversitesi'nden Karl Deisseroth ve meslektaşları tarafından 2005 yılında yayınlanan bir teknik raporda açıklanan bu küçük faaliyet kıvılcımının ortaya çıkardığı olasılıklar hızla gerçeğe dönüştü.
Pan'ın laboratuvarında, ışığa duyarlı proteinler, hasarlı retinaları olan farelerde görüşü geri kazandı ve bu, insanlarda klinik bir denemeye yol açan bir bulgu . Bilim adamları ilk olarak bu proteinleri nöronlarda nasıl kullanacaklarını öğrendikleri için, optogenetiğin vaadi o ilk günlerde verilmiş değildi. Pan, “O zamanlar kimse bu optogenetik çalışmanın bu kadar büyük bir etkisi olacağını tahmin etmemişti” diyor.
Bu erken keşiflerden bu yana, alglerin ışık sensörleri çok sayıda beyin araştırma alanında kullanılmak üzere benimsenmiştir. Örneğin, Chicago'daki Northwestern Üniversitesi'nden sinirbilimci Talia Lerner, fare beynindeki hücreler arasındaki bağlantıları incelemek için optogenetik kullanıyor. Yöntem, hareket ve ödülle ilgili kimyasal bir haberci olan dopamini üreten ve ona tepki veren hücreler arasındaki ilişkileri ayırmasına izin veriyor. Optogenetik tarafından aydınlatılan bu hücresel bağlantılar, motivasyon ve öğrenme ile ilgili ayrıntıları ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir. “Araştırmam, optogenetik olmadan mevcut haliyle gerçekten mümkün olmazdı” diyor.
Optogenetik, San Francisco'daki Gladstone Enstitülerinden Jeanne Paz için de vazgeçilmezdir. O ve meslektaşları, nöbetlerin beyne yayılmasını durdurabilecek hücreleri arıyorlar. Optogenetik, ona farklı nöron gruplarını kontrol etmesi için bir yol vererek, araştırması için çok önemlidir. Paz, "Bu soruları başka bir araçla gerçekten soramazdık" diyor.
Optogenetik destekli araştırması Paz'ı beyindeki birçok sinir ağı için bir ara istasyon olan talamus adı verilen bir beyin yapısına götürdü. “Işığı talamusa ilk tuttuğumda yaşadığım tüylenmeleri hatırlıyorum ve nöbeti durdurdu” diyor.
Şimdiye kadar optogenetik araştırmaları çoğunlukla farelerde yapıldı. Ancak Columbia Üniversitesi'nden Yasmine El-Shamayleh, primatlarınki de dahil olmak üzere daha karmaşık beyinlere ilişkin kavrayışların yakında bulunabileceğini söylüyor. 2009 yılında, Boyden ve arkadaşları bir de optogenetics tarif makak . El-Shamayleh ve diğerleri bu araştırma çizgisini çok zorluyor. Beynin gözlerden gelen sinyalleri nasıl algılara dönüştürdüğü gibi primat beyninin bazı büyüleyici ilkelerini açığa çıkarmanın “kesinlikle zirvedeyiz” diyor.
Optogenetik hızla gelişti. Bilim adamları, yeni ışık sensörleri ve bunları diğer tekniklerle birleştirmenin yeni yollarını tasarladı ve optimize etti. Lerner, günümüzün yaygın inovasyonunun önemli bir nedeninin, optogenetik öncülerinin ilk paylaşım ruhu olduğunu söylüyor. Stanford'da Deisseroth, diğer bilim adamlarını teknik konusunda eğitmek için düzenli olarak atölye çalışmaları yürütürdü. Lerner, "Bazı açılardan bu, onu icat etmek kadar önemli" diyor.
Bu yüzden orijinal paylaşanları takdir etmek için bir dakika ayırmaya değer. Bu hızla hareket eden alanda bundan sonra ne olursa olsun, kesin olan bir şey var: Beyin bilimciler sonsuza kadar alglere borçlu olacaklar.
