Licht auf dem Dachboden: Wie Optogenetik Transhuman Brain Hacking möglich macht

Die Biologie ist Legos sehr ähnlich, weil metaphorisch alles dem Legos sehr ähnlich ist. Die Wahrheit ist, dass unsere Körper, unsere scheinbar zusammenhängenden Ganzheiten, tatsächlich aus unzähligen kleinen Teilen bestehen und dass das Mischen und Zusammenpassen von Funktionen fleischig, blutig und nicht so schwierig ist. Zum Beispiel - und um diesen logischen Zug ins Rollen zu bringen - können Sie einrastende Neuronen herstellen, die in der Lage sind, Licht zu erzeugen und darauf zu reagieren, wodurch ein völlig neues Neurotransmittersystem entsteht, das die bestehenden Systeme nicht behindert, ein Gehirn über dem Gehirn.

Dies ist die Idee im Herzen (oder Kopf oder was auch immer) des neuen Feldes der Optogenetik. Wie so viele andere Werkzeuge in der Biologie basiert die Optogenetik auf der Biologie eines anderen Organismus, der „entliehen“ wurde. In diesem Fall handelt es sich um ein Protein namens Channelrhodopsin-2 (ChR-2), das von der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii stammt. Es stellt sich heraus, dass es viele lichtempfindliche Ionenkanäle wie diesen gibt. Die Idee ist, neue biologische Systeme auf Basis von ChR-2 Stein für Stein zu bauen.

Seit Karl Deisseroth 2005 Säuger-Neuronen konstruierte, die im Labor zur Expression von ChR-2 gezüchtet wurden, haben viele Forscher an Optogenetik gebastelt, um herauszufinden, welche Neuronen was tun. Zum Beispiel moduliert ein Typ von Neuronen, die als neokortikale Parvalbumin-Neuronen bezeichnet werden, Rhythmen von 40 Zyklen pro Sekunde im Gehirn ("Gamma-Oszillationen"). Seit einiger Zeit ist bekannt, dass Gamma-Oszillationen sowohl bei schizophrenen als auch bei autistischen Patienten anormal sind. Daher sind derzeit neue Strategien zur Untersuchung und potenziellen Korrektur dieser Zellen im Gange. Dies ist eine besonders faszinierende Strategie. Selbst wenn die zugrunde liegende Genetik des Individuums in diesen Zellen zu einem abnormalen Ergebnis führt, können Wissenschaftler die Genetik nicht beeinflussen, wenn sie das Ergebnis einfach überschreiben können.

In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler auch mit der Idee experimentiert, optogenetische Netzwerke unter Verwendung von Biolumineszenzzellen zu schaffen. Im Mittelpunkt steht insbesondere die Art der Biolumineszenz, die Osamu Shimomura 1962 entdeckte. Sie stammt von der Qualle Aequorea victoria und reagiert auf Licht (Shimomura erhielt einen Nobel für seine Forschung). Licht erzeugende Zellen und lichtempfindliche Zellen sind - um die Metapher zu wiederholen - wie die beiden Seiten einer Lego.

Durch die Förderung von Interaktionen zwischen diesen beiden Zelltypen könnten Wissenschaftler möglicherweise ein bisher unerreichtes Maß an neuronaler Präzision erreichen. Sie werden auch in der Lage sein, optogenetische Zellen auf Licht zu reagieren, ohne eine Taschenlampe an den Kopf einer Maus zu kleben, was cool ist - besonders für die Maus.

Aber was ist mit Anwendungen? Eine Möglichkeit besteht darin, die Zellen, die auf Licht reagieren, zu erzeugen. Wenn also eine biologische Funktion eintritt, sagen wir, dass sie Leptin oder Ghrelin produzieren und somit Ihren Appetit regulieren, dann leuchten sie auch auf und lösen das System aus. Auf diese Weise könnten Wissenschaftler möglicherweise die Menge an produziertem Ghrelin zurückwählen, sodass die Menschen weniger hungrig werden. Oder sie könnten die Insulinmenge anpassen, die als Reaktion auf Blutzuckerwerte freigesetzt wird. Oder sie könnten die Zone mit Adrenalin überfluten, wenn die Probanden müde werden.

Alternativ könnte man vorhandene Systeme hacken. Durch das optogenetische Engineering von inhibitorischen Neuronen in der Amygdala zur Reaktion auf Licht und durch Aktivieren von Neuronen in der Amygdala zur Erzeugung von Licht könnten Forscher die Inhibitorneuronen der Menschen neu verbinden, um ihr Stress- oder Angstgefühl zu überwinden. Keine Angst mehr. (Dies könnte zu einem Anstieg der Arbeitslosigkeit führen, wenn die Menschen davonlaufen, um ihrer Freude nachzugehen.)

Wir könnten noch schicker werden: Vielleicht könnten wir ein System entwickeln, in dem jedes Neuron im Netzwerk seine eigene Farbe ausdrückt und die optogenetischen Zellen die Aktivierung jedes Kanals erfordern, damit ihre Wirkung realisiert werden kann. Statt eines einzelnen Neuronenzündens muss also ein ganzer Speicher aktiviert werden, damit das System funktioniert. Möglicherweise können die negativen Auswirkungen bestimmter Erinnerungen abgeschwächt werden. Oder das Ganze könnte so gestaltet werden, dass es auf ein Medikament reagiert, sodass es vom Benutzer ein- oder ausgeschaltet werden kann.

In jedem Fall gibt es noch große wissenschaftliche und regulatorische Hürden, bevor diese Sci-Fi-Neuverkabelung ernsthaft beginnt. Um die Dinge in die richtige Perspektive zu rücken, muss die FDA noch keine Gentherapieverfahren genehmigen. In Europa wurde nur ein einziges Verfahren zugelassen. Das Zeug ist weit weg.

Aber es kommt

Den Forschern ist auch nicht entgangen, dass optogenetische Zellen auch mit Hardware arbeiten könnten - wir können unsere Systeme nicht nur mit diesen neuen Technologien hacken, sondern uns in ein größeres System einbinden. Biologie ist wie Legos, aber weniger wie Legos. Erwarten Sie, dass sich dies ändert.