Нанотехнологии для управления мозгом: новый метод контроля нейронных цепей с помощью магнитных полей

Исследователи из Центра наномедицины Института фундаментальных наук (IBS) и Университета Йонсей (Южная Корея) представили технологию, позволяющую манипулировать определёнными областями мозга с помощью магнитных полей. Это может помочь раскрыть механизмы сложных функций мозга: познания, эмоций и мотивации.

Команда разработала первую в мире технологию Nano-MIND (Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics), которая обеспечивает беспроводную, дистанционную и точную модуляцию специфических глубоких нейронных цепей мозга с использованием магнетизма. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

Мозг человека содержит более 100 миллиардов нейронов, соединённых в сложную сеть. Контроль над нейронными цепями критически важен для понимания высших функций мозга, а также причин различных неврологических расстройств.

Новая технология также важна для развития нейроинтерфейсов «мозг-компьютер» (BCI), таких как разрабатываемые Neuralink.

Хотя магнитные поля давно используются в медицинской визуализации из-за их безопасности и способности проникать через биологические ткани, точный контроль нейронных цепей с их помощью оставался сложной задачей.

Ключевая инновация технологии Nano-MIND заключается в селективной экспрессии нано-магниторецепторов в определённых типах нейронов и цепях мозга и их активации с помощью вращающихся магнитных полей в нужные моменты времени. Это позволяет осуществлять пространственно-временной контроль нейронной активности.

• Контроль материнского поведения: Технология успешно активировала ингибирующие GABA-рецепторы в медиальной преоптической области (MPOA), отвечающей за материнское поведение. Активация этих нейронов у нерожавших самок мышей значительно усиливала заботливое поведение (например, перенос детёнышей в гнездо).
• Регуляция пищевого поведения: Нацелившись на цепи мотивации в латеральном гипоталамусе, учёные смогли управлять аппетитом. Активация ингибирующих нейронов в этой области привела к 100% увеличению аппетита и потребления пищи у мышей. Напротив, активация возбуждающих нейронов вызвала снижение аппетита более чем на 50%.

Результаты показывают, что технология nano-MIND может избирательно активировать нужные нейронные цепи для двунаправленной модуляции высших функций мозга.

Директор Центра наномедицины Чхон Джин У заявил: «Это первая в мире технология, позволяющая свободно контролировать определённые области мозга с помощью магнитных полей. Мы ожидаем, что она будет широко использоваться в исследованиях функций мозга, создании сложных искусственных нейронных сетей, двусторонних BCI-технологий и новых методов лечения неврологических расстройств».