نور می‌تواند بر نورون‌ها تأثیر بگذارد که در صورت توقف کار، می‌توانند باعث بیماری آلزایمر، صرع و سایر اختلالات شوند.

در پینترست به اشتراک بگذارید
نور درمانی ممکن است با تأثیر بر نورون های مغز کار کند. گتی ایماژ

مغز حاوی میلیاردها نورون است – سلول های ریزی که از تکانه های الکتریکی و سیگنال های شیمیایی برای برقراری ارتباط با یکدیگر و سایر قسمت های بدن استفاده می کنند.

هنگامی که نورون ها به درستی کار نمی کنند، می تواند منجر به اختلالات مغزی مانند بیماری آلزایمر، صرع یا افسردگی شود.

برای درک بهتر و مدیریت این اختلالات، دانشمندان تکنیک های تحریک مغز را توسعه داده اند که به آنها اجازه می دهد بر فعالیت عصبی تأثیر بگذارند.

در روش‌های مرسوم تحریک عمقی مغز، محرک‌های عصبی الکتریکی یا «پیس‌میکرهای مغز» با جراحی در مغز کاشته می‌شوند.

با ادامه پیشرفت علم مغز، محققان روش‌های کمتر تهاجمی برای تحریک سلول‌های اعماق مغز را توسعه داده‌اند.

در حالی که برخی از کارشناسان از پالس های مغناطیسی یا امواج صوتی برای تحریک نورون ها استفاده می کنند، محققان در زمینه اپتوژنتیک از نور استفاده می کنند.

دکتر شوو چن، برنده جایزه علوم و PINS امسال برای مدولاسیون عصبی، به دلیل کار خود در این زمینه شناخته شد.

“دکتر. دکتر کارل دیسروت، استاد مهندسی زیستی و روانپزشکی و علوم رفتاری در دانشگاه استنفورد، به Healthline گفت: چن و همکارانش نشان دادند که نور مادون قرمز نزدیک، زمانی که در ترکیب با نانوذرات خاص استفاده می‌شود، باعث تحریک نورون‌های عمیق در مغز می‌شود.

او گفت: «کار بیشتری باید انجام شود تا این فرآیند قوی و مفید باشد، اما دکتر چن و همکارانش یک گام کلیدی برداشتند.»

مهندسی سلول های مغز حساس به نور

Deisseroth یکی از پیشگامان اپتوژنتیک است، تکنیکی که در آن سلول‌های مغز برای پاسخ به نور مهندسی ژنتیکی می‌شوند.

در این روش تحریک مغز، دانشمندان تکه هایی از کد ژنتیکی مشتق شده از جلبک ها و سایر میکروب ها را به سلول های مغز موش یا حیوانات دیگر منتقل می کنند. این کد ژنتیکی باعث می‌شود که نورون‌ها پروتئین‌های پاسخ‌دهنده به نور، معروف به اپسین، تولید کنند.

وقتی دانشمندان نورون‌های تولیدکننده اپسین را در معرض طول موج‌های خاصی از نور طیف مرئی قرار می‌دهند، آن نورون‌ها روشن یا خاموش می‌شوند.

با فعال کردن یا سرکوب نورون‌های خاص، محققان می‌توانند درباره نقش این نورون‌ها در عملکرد مغز و اختلالات مغزی اطلاعات بیشتری کسب کنند.

دیسروت گفت: «به این ترتیب، نقش علّی و اهمیت عملکردی فعالیت سلولی را می توان در هر گونه یا بافت یا رفتار مورد علاقه، از حافظه گرفته تا حالت و حرکت، تعیین کرد.

او افزود: «اپتوژنتیک توانایی بی‌نظیری برای صحبت کردن به زبان طبیعی مغز از نظر ویژگی و سرعت نوع سلولی به ارمغان می‌آورد».

توسعه تکنیک های غیر تهاجمی

نورون های تولید کننده اپسین فقط به نور با طیف مرئی پاسخ می دهند که نمی تواند به عمق بافت مغز نفوذ کند.

در نتیجه، تحریک اپتوژنتیک از لحاظ تاریخی نیازمند قرار دادن منابع نوری فیبر نوری در داخل مغز بوده است.

برای توسعه روشی کمتر تهاجمی برای تحویل نور، دیسروت و همکارش، پولینا آنیکوا، دکترا، استفاده از نور مادون قرمز نزدیک (NIR) را پیشنهاد کردند.

نور NIR می تواند از جمجمه عبور کند و به اعماق بافت مغز، بدون وارد کردن منابع نور داخلی، عبور کند. با این حال، نور NIR پاسخی از نورون‌های تولیدکننده اپسین ایجاد نمی‌کند.

برای مهار قدرت نفوذ در بافت نور NIR، دیسروت و آنیکوا روشی اختراع شده برای پوشش نورون‌های تولیدکننده اپسین در نانوذرات ریز ابداع کردند که نور NIR را به نور طیف مرئی تبدیل می‌کند. این تکنیک به عنوان NIR upconversion شناخته می شود.

چن و تیم تحقیقاتی‌اش این روش را به کار بردند و برای اولین بار نشان دادند که از اپتوژنتیک تبدیل NIR می‌توان برای کنترل نورون‌ها در عمق مغز موش استفاده کرد.

تیم تحقیقاتی چن از این تکنیک برای تحریک ترشح دوپامین در ناحیه‌ای از مغز استفاده کردند که اعتقاد بر این است که در افسردگی نقش دارد.

چن در مقاله خود نوشت: غلبه بر چالش عمق نفوذ نوری، کلید تحقق اپتوژنتیک از راه دور غیرتهاجمی با پتانسیل ترجمه بالینی بالا خواهد بود. مقاله برنده جایزه در مورد موضوع

وی افزود: «مطالعه اخیر ما با استفاده از یک رویکرد به کمک نانومواد که ابزارهای اپتوژنتیک موجود را به ناحیه مادون قرمز نزدیک منتقل می کند، به این مشکل پرداخت.

اعمال تحریک مغز در انسان

در حالی که دانشمندان به تحقیقات اپتوژنتیک در موش، ماهی گورخر و سایر حیوانات ادامه می دهند، این روش به عنوان درمانی برای اختلالات مغزی در افراد انسانی مورد مطالعه قرار نگرفته است.

برای توسعه و آزمایش روش‌های غیرتهاجمی انتقال نور، و همچنین استراتژی‌های غیرتهاجمی برای انتقال کد ژنتیکی به سلول‌های مغز، باید کار بیشتری انجام شود.

چن در یک بیانیه مطبوعاتی که توسط انجمن پیشرفت علم آمریکا منتشر شد، گفت: «پیش‌بینی اینکه کدام تکنیک در خط مقدم نسل بعدی فناوری تحریک مغز غیرتهاجمی ظاهر می‌شود خیلی زود است.

او ادامه داد: «با این حال، ما معتقدیم که دستاوردهایی مانند اپتوژنتیک تبدیل NIR به سرعت مسیرهای توسعه متعددی را باز کرده و راه را به سوی آینده درمانی روشن هموار می‌کند.»

در این میان، روش‌های دیگری برای تحریک غیرتهاجمی مغز نیز در حال توسعه، آزمایش و استفاده در انسان است.

دکتر اد بویدن، پروفسور نوروتکنولوژی در موسسه فناوری ماساچوست، “روش های غیرتهاجمی وجود دارد که نیازی به ژن درمانی ندارند، مانند تحریک مغناطیسی و الکتریکی ترانس جمجمه ای، که در حال حاضر به طور معمول برای افراد انسانی به صورت تجربی استفاده می شود.” (MIT)، به Healthline گفت.

تحریک مغناطیسی ترانس کرانیال (TMS) یک روش غیر تهاجمی است که در آن از میدان های مغناطیسی برای تحریک سلول های عصبی در مغز استفاده می شود. سازمان غذا و دارو (FDA) قبلاً این کار را انجام داده است مجاز است بازاریابی TMS به عنوان درمانی برای افسردگی اساسی و همچنین اختلال وسواس فکری اجباری و سردردهای میگرنی.

اعضای گروه تحقیقاتی Boyden همچنین تحقیقاتی را در مورد تحریک الکتریکی ترانس کرانیال (TES) انجام داده اند، یک رویکرد غیرتهاجمی برای تحریک مغز که در آن الکترودها بر روی پوست سر قرار می گیرند. آنها امیدوارند که این تکنیک به آنها اجازه دهد تا با دقتی بیشتر از TMS به سلول های اعماق مغز برسند.