Light in the Attic: Hoe Optogenetics Transhuman Brain Hacking mogelijk maakt

Biologie lijkt veel op Legos, omdat, figuurlijk gesproken, alles veel op Legos lijkt. De waarheid is dat ons lichaam, onze ogenschijnlijk samenhangende gehelen, feitelijk bestaat uit ontelbare kleine delen en dat het mengen en matchen van functies vlezig, bloederig en niet zo moeilijk is. Bijvoorbeeld - en om deze logische trein aan het rollen te krijgen - kun je snap-in-place neuronen maken die in staat zijn om licht te genereren en erop reageren, waardoor een gloednieuw neurotransmittersysteem ontstaat dat geen invloed heeft op bestaande systemen, een brein bovenop de hersenen.

Dit is het idee in het hart (of hoofd of wat dan ook) van het nieuwe veld van optogenetica. Zoals zoveel andere instrumenten in de biologie, is optogenetica gebaseerd op de biologie van een ander organisme dat "is geleend". In dit geval is het een eiwit dat channelrhodopsin-2 (ChR-2) wordt genoemd, en het kwam van de groene alg genaamd Chlamydomonas reinhardtii. Het blijkt dat er veel lichtgevoelige ionkanalen zijn zoals deze. Het idee is om nieuwe stenen te bouwen op basis van ChR-2.

Sinds Karl Deisseroth in 2005 neuronen van zoogdieren heeft gebouwd die in het laboratorium zijn gekweekt om ChR-2 tot expressie te brengen, hebben veel onderzoekers met optogenetica gesleuteld om te achterhalen welke neuronen wat doen. Een type neuron - de zogenaamde neocorticale parvalbumine-neuronen - moduleert 40-cycli-per-seconde ritmen in de hersenen ("gammastrillingen"). Het is al enige tijd bekend dat gamma-oscillaties abnormaal zijn bij zowel schizofrene en autistische patiënten, dus nieuwe strategieën om deze cellen te onderzoeken en mogelijk te corrigeren zijn momenteel aan de gang. Dit is een bijzonder intrigerende strategie. Zelfs als de onderliggende genetica van het individu een abnormaal resultaat in deze cellen oplevert, als wetenschappers dat resultaat simpelweg kunnen negeren, dan zou die genetica er niet toe doen.

Meer recentelijk zijn wetenschappers ook begonnen te experimenteren met het idee om optogenetische netwerken te maken met behulp van bioluminescente cellen. In het bijzonder ligt de focus op het type bioluminescentie ontdekt door Osamu Shimomura in 1962, dat is van de kwal Aequorea victoria en reageert op licht (Shimomura kreeg een Nobelprijs voor zijn onderzoek). Lichtcreërende cellen en lichtgevoelige cellen zijn - om de metafoor te herhalen - zoals de dubbele kanten van een Lego.

Door interacties tussen deze twee celtypen aan te moedigen, kunnen wetenschappers mogelijk ongekende niveaus van neuronale precisie bereiken. Ze zullen ook in staat zijn optogenetische cellen te laten reageren op licht zonder een zaklantaarn aan het hoofd van een muis te kleven, wat cool is - speciaal voor de muis.

Maar hoe zit het met applicaties? Een mogelijkheid is om de cellen die op licht reageren te maken, het te genereren. Dus wanneer ze een biologische functie krijgen - zeggen dat ze leptine of ghreline produceren en daarom je eetlust reguleren - zouden ze ook oplichten en het systeem activeren. Door dit te doen, zouden wetenschappers mogelijk de hoeveelheid geproduceerde ghreline kunnen terugbellen, zodat mensen minder vaak minder honger krijgen. Of ze kunnen de hoeveelheid insuline die wordt afgegeven aanpassen als reactie op de signalen van de bloedsuikerspiegel. Of ze kunnen de zone overspoelen met adrenaline wanneer onderwerpen moe worden.

Als alternatief kan men bestaande systemen hacken. Bijvoorbeeld, door optogenetisch manipuleren van remmende neuronen in de amygdala om te reageren op licht, en activering van neuronen in de amygdala om lichtonderzoekers te produceren, zouden mensen de remmerneuronen kunnen herwikkelen om hun gevoel van stress of angst te overweldigen. Geen angst meer. (Dit kan heel goed leiden tot een sprong in werkeloosheid als mensen een beetje afdwalen om hun vreugde na te jagen.)

We zouden nog mooier kunnen worden: misschien kunnen we een systeem bedenken waarin elk neuron in het netwerk zijn eigen kleur uitdrukt, en de optogenetische cellen vereisen activering van elk kanaal om hun effect te realiseren. Dus in plaats van een enkel neuron te schieten, moet een volledig geheugen worden geactiveerd om het systeem te laten werken. Misschien kunnen de slechte effecten van bepaalde herinneringen worden verzacht. Of het hele ding kan worden gemaakt om te reageren op een medicijn, zodat het door de gebruiker kan worden in- of uitgeschakeld.

In ieder geval zijn er nog steeds belangrijke wetenschappelijke en wettelijke obstakels voordat deze sci-fi herbedrading serieus begint. Om de zaken in het juiste perspectief te plaatsen, heeft de FDA nog geen gentherapieprocedures goedgekeurd en slechts één procedure is goedgekeurd in Europa. Dit spul is ver weg.

Maar het komt eraan.

En het is niet verloren aan onderzoekers dat optogenetische cellen ook met hardware kunnen werken - dat we niet alleen onze systemen kunnen hacken met behulp van deze opkomende technologieën, maar ons ook kunnen aansluiten op een groter systeem. Biologie is als Legos, maar het is minder zoals Legos dan het zou kunnen zijn. Verwacht dat om te veranderen.