ETH-forskare utvecklar ett tankekontrollerat genetiskt gränssnitt

Vi har sett många intressanta experiment med EEG nyligen. Forskare har använt dessa hjärnsignaler för att flyga en leksakshelikopter , göra en råttas svans ryck , använd en surfplatta och få en paraplegiker som bär ett exoskelett att sparka en boll vid världscupen (se World Cup Mind-Control-demo möter deadlines, kritiker).

Nu har Marc Folcher, Martin Fussenegger och kollegor vid ETH Zürich, i Schweiz, gått ett steg längre. De använde EEG för att ge mänskliga frivilliga direkt hjärnkontroll över aktiviteten hos levande celler, en teknik som de kallar världens första sinnesgenetiska gränssnitt någonsin.

Med hjälp av gränssnittet de designade visade ETH-teamet att en mänsklig volontär som bär en EEG-mössa kunde använda sina tankar för att utlösa produktionen av ett visst protein, kallat SEAP, i mänskliga njurceller som växer i en petriskål. Han kunde också slå på förråd av celler som hade implanterats under huden på labbmöss.

Forskningen är intressant eftersom den visar hur futuristiska hjärnimplantat kan fungera, skriver Folcher och företaget i veckans Naturkommunikation . Sådana enheter, spekulerar ETH-författarna, kan känna av en persons känslor av smärta (eller kanske kommande epileptiska anfall) och sedan automatiskt utlösa hjärnceller att pumpa ut ett användbart biotekniskt läkemedel.

För att bygga sitt gränssnitt kombinerade ETH-teamet tre teknologier, som var och en är spännande i sin egen rätt: hjärn-dator-gränssnitt, syntetisk biologi och optogenetik.

Först konstruerade de njurcellerna med bakteriellt DNA, vilket skapade vad syntetiska biologer gillar att kalla en genetisk switch - en serie gener som tillsammans arbetar för att sätta på produktionen av ett visst protein, i det här fallet SEAP.

För att utlösa denna switch till på-läget använde ETH-gänget optogenetik och lade till en gen från den lila bakterien Rhodobacter sphaeroides som producerar en ljuskänslig molekyl. Nu, när de använde en LED-lampa för att lysa lite nära-infrarött ljus på sina celler, vände strömbrytaren och de började genast tillverka SEAP.

Än så länge är allt bra. Men för att slutföra sitt cybernetiska stunt lät forskarna frivilliga ta på sig EEG-mössor - det är en elektrodbelagd duk som plockar upp elektriska vågor från hjärnan. Dessa vågor kan grovt kontrolleras av en person om de koncentrerar sig. I sig är EEG inget nytt— här är en video av Beatles John Lennon som använde EEG för att styra ett musikinstrument på 1970-talet.

Men ETH-teamet ville vara det första att någonsin förvandla mänskliga tankar till elektriska pulser, sedan till ljus och slutligen till proteiner. De gjorde det genom att låta volontärerna använda sina hjärnvågor för att tända LED-lampan, och därigenom trigga cellerna att tillverka SEAP-proteinet. Sammanfattningsvis, säger Folcher och företaget, designade vi ett sinnesgenetiskt gränssnitt som använder hjärnvågor för att fjärrstyra målgentranskription trådlöst.

Du kanske frågar vad poängen är. Ett svar är att många forskare just nu är intresserade av nästa generations hjärnimplantat. De hoppas kunna förbättra stimulering av djup hjärna, en medicinsk teknik som ofta används för att stoppa skakningarna av Parkinsons sjukdom. Dessa hjärnimplantat stoppar skakningar med hjälp av en tråd placerad i en hjärnregion som kallas thalamus. Patienten slår på den och får en ganska stark ström av el, vilket omedelbart gör att skakningarna upphör. Det är en teknik som gör underverk, även om ingen är säker på hur den fungerar.

Arbetet har redan börjat med morgondagens implantat – och dessa kan fungera precis som ETH-teamet föreställer sig. Till exempel har Michael J. Fox Foundation for Parksinson's Research betalat för forskning om hur man byter ut elektroderna i djupa hjärnstimulatorer med fiberoptik. Istället för elektriska stötar skulle den sända ut ljuspulser för att kontrollera nervcellerna som inte fungerar riktigt vid Parkinsons.

Lika viktigt för nästa generations implantat är idén om direkt hjärnkontroll. Istället för att patienten ska behöva slå på sin enhet manuellt, ett så kallat open loop-system, är målet att stänga slingan med ett implantat som kan läsa av hjärnans signaler, och veta när en tremor börjar. På så sätt skulle implantatet reagera automatiskt när behandling behövs.

Det betyder att ETH-teamets galna sinne-DNA-gränssnitt inte är så galet trots allt.

Dölj