فناوری جدید MIT می‌تواند مدارهای عصبی را که بر گرسنگی، خلق و خو و بیماری‌ها تأثیر می‌گذارند کاوش کند.
فناوری جدید MIT می‌تواند مدارهای عصبی را که بر گرسنگی، خلق و خو و بیماری‌ها تأثیر می‌گذارند کاوش کند.
مهندسان MIT با استفاده از الیاف تعبیه شده با حسگرها و منابع نوری برای تحریک اپتوژنتیک، فناوری را برای مطالعه تعامل بین مغز و دستگاه گوارش توسعه داده اند. این فناوری در موش‌ها نشان داده شده است، جایی که دستکاری سلول‌های روده منجر به احساس سیری یا رفتار پاداش‌جویی می‌شود. این امر فرصت‌های جدیدی را برای کشف ارتباط بین سلامت دستگاه گوارش و بیماری‌های عصبی مانند اوتیسم و بیماری پارکینسون باز می‌کند.
از هم گسستن ارتباطات بین مغز و روده
مهندسان MIT فناوری اپتوژنتیک جدیدی را توسعه داده اند که می تواند ارتباطات عصبی بین مغز و روده را دستکاری کند و به طور بالقوه بینش هایی را در مورد پیوندهای بین سلامت گوارش و شرایط عصبی ارائه دهد.
مغز و دستگاه گوارش در ارتباط دائمی هستند و سیگنال هایی را ارسال می کنند که به کنترل تغذیه و سایر رفتارها کمک می کند. این شبکه ارتباطی گسترده بر وضعیت روانی ما نیز تأثیر می گذارد و در بسیاری از اختلالات عصبی نقش دارد.
مهندسان MIT فناوری جدیدی را برای بررسی این اتصالات طراحی کرده اند. با استفاده از الیاف تعبیه شده با انواع حسگرها و همچنین منابع نوری برای تحریک اپتوژنتیک، محققان نشان داده‌اند که می‌توانند مدارهای عصبی را که روده و مغز را به هم متصل می‌کنند، در موش کنترل کنند.
در یک مطالعه جدید، محققان نشان دادند که می‌توانند با دستکاری سلول‌های روده، احساس سیری یا رفتار پاداش‌جویی را در موش‌ها ایجاد کنند. در کار آینده، آنها امیدوارند برخی از همبستگی هایی را که بین سلامت دستگاه گوارش و شرایط عصبی مانند اوتیسم و بیماری پارکینسون مشاهده شده است، بررسی کنند.
این الیاف انعطاف پذیر که با حسگرها و منابع نوری تعبیه شده اند، می توانند برای دستکاری و نظارت بر ارتباطات بین مغز و دستگاه گوارش استفاده شوند. اعتبار: با حسن نیت از محققین
نکته جالب اینجاست که ما اکنون فناوری داریم که می تواند عملکرد روده و رفتارهایی مانند تغذیه را هدایت کند. پولینا انیکیوا، پروفسور ماتولا اس. سالاپاتاس در علم و مهندسی مواد، می‌گوید: مهمتر از آن، ما این توانایی را داریم که با دقت میلی‌ثانیه‌ای اپتوژنتیک، به تداخل بین روده و مغز دسترسی پیدا کنیم، و می‌توانیم این کار را در رفتار حیوانات انجام دهیم. ، استاد علوم مغز و شناختی، مدیر مرکز مغز-بدن کی لیزا یانگ، معاون مدیر آزمایشگاه تحقیقات الکترونیک MIT، و عضو موسسه تحقیقات مغز مک گاورن MIT.
Anikeeva نویسنده ارشد این مطالعه جدید است که در 22 ژوئن در مجله Nature Biotechnology منتشر شد . نویسندگان اصلی مقاله عبارتند از: آتاروا ساهاسرابوده، دانشجوی فارغ التحصیل MIT، لورا روپرشت، فوق دکترای دانشگاه دوک، سیرما اورگوک، فوق دکترای MIT، و تورال خودیف، فوق دکترای سابق MIT.
ارتباط مغز و بدن
سال گذشته، مؤسسه مک گاورن، مرکز مغز و بدن کی لیزا یانگ را راه اندازی کرد تا تعامل بین مغز و سایر اندام های بدن را بررسی کند. تحقیقات در این مرکز بر روشن کردن چگونگی کمک به این تعاملات به شکل‌گیری رفتار و سلامت کلی، با هدف توسعه درمان‌های آینده برای انواع بیماری‌ها متمرکز است.
Anikeeva می‌گوید: «میان بدن و مغز تداخل دو طرفه و مداوم وجود دارد. “برای مدت طولانی، ما فکر می کردیم که مغز یک ظالم است که خروجی را به اندام ها می فرستد و همه چیز را کنترل می کند. اما اکنون می دانیم که بازخوردهای زیادی به مغز باز می گردد و این بازخورد به طور بالقوه برخی از عملکردهایی را که قبلا منحصراً به کنترل عصبی مرکزی نسبت داده بودیم، کنترل می کند.
لورا روپرشت، فوق دکترای دانشگاه دوک، آتاروا ساهاسرابوده، دانشجوی کارشناسی ارشد MIT، و سیرما اورگوک، فوق دکترای MIT در آزمایشگاه. اعتبار: با حسن نیت از محققین
به عنوان بخشی از کار این مرکز، Anikeeva شروع به بررسی سیگنال هایی کرد که بین مغز و سیستم عصبی روده، که سیستم عصبی روده نیز نامیده می شود، عبور می کند. سلول های حسی در روده از طریق ارتباط عصبی و ترشح هورمون بر گرسنگی و سیری تأثیر می گذارند.
از بین بردن این اثرات هورمونی و عصبی دشوار بوده است، زیرا راه خوبی برای اندازه‌گیری سریع سیگنال‌های عصبی، که در عرض میلی‌ثانیه رخ می‌دهند، وجود نداشته است.
برای اینکه بتوانیم اپتوژنتیک روده را انجام دهیم و سپس اثرات آن بر عملکرد و رفتار مغز را اندازه گیری کنیم، که به دقت میلی ثانیه ای نیاز دارد، به دستگاهی نیاز داشتیم که وجود نداشت. بنابراین، ما تصمیم گرفتیم آن را بسازیم.
رابط الکترونیکی که محققان طراحی کردند از الیاف انعطاف پذیری تشکیل شده است که می توانند عملکردهای مختلفی را انجام دهند و می توانند در اندام های مورد نظر وارد شوند. ساهاسرابوده برای ایجاد الیاف از تکنیکی به نام ترسیم حرارتی استفاده کرد که به او اجازه ساخت رشته های پلیمری به نازکی تار موی انسان را داد که می توانند با الکترودها و حسگرهای دما تعبیه شوند.
این رشته‌ها همچنین دارای دستگاه‌های ساطع کننده نور هستند که می‌توانند برای تحریک اپتوژنتیکی سلول‌ها و کانال‌های میکروسیالی که می‌توانند برای رساندن دارو استفاده شوند، استفاده می‌شوند.
خواص مکانیکی الیاف را می توان برای استفاده در قسمت های مختلف بدن تنظیم کرد. برای مغز، محققان الیاف سفت‌تری ایجاد کردند که می‌توانستند به عمق مغز کشیده شوند. برای اندام‌های گوارشی مانند روده، الیاف لاستیکی ظریف‌تری طراحی کردند که به پوشش اندام‌ها آسیب نمی‌رسانند، اما همچنان به اندازه‌ای محکم هستند که در برابر محیط خشن دستگاه گوارش مقاومت کنند.
Sahasrabudhe گفت: “برای مطالعه تعامل بین مغز و بدن، لازم است فناوری هایی ایجاد شود که بتواند همزمان با اندام های مورد نظر و همچنین مغز ارتباط برقرار کند و سیگنال های فیزیولوژیکی را با نسبت سیگنال به نویز بالا ضبط کند.” می گوید. ما همچنین باید بتوانیم به طور انتخابی انواع سلول های مختلف را در هر دو اندام در موش تحریک کنیم تا بتوانیم رفتار آنها را آزمایش کنیم و تحلیل های علی این مدارها را انجام دهیم.
فیبرها همچنین به گونه ای طراحی شده اند که می توان آنها را به صورت بی سیم کنترل کرد و با استفاده از یک مدار کنترل خارجی که می تواند به طور موقت در طول آزمایش به حیوان متصل شود. این مدار کنترل بی سیم توسط Orguc، یکی از همکاران علمی اشمیت، و هریسون آلن ’20، MEng ’22، که بین آزمایشگاه Anikeeva و آزمایشگاه Anantha Chandrakasan، رئیس دانشکده مهندسی MIT و Vannevar Bush مشاوره مشترک داشتند، توسعه داده شد. استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر.
رفتار رانندگی
با استفاده از این رابط، محققان مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را انجام دادند تا نشان دهند که می‌توانند از طریق دستکاری روده و همچنین مغز بر رفتار تأثیر بگذارند.
اول، آنها از الیاف برای ارائه تحریک اپتوژنتیک به بخشی از مغز به نام ناحیه تگمنتال شکمی (VTA) استفاده کردند که دوپامین آزاد می کند. آنها موش ها را در قفسی با سه محفظه قرار دادند و زمانی که موش ها وارد یک محفظه خاص شدند، محققان نورون های دوپامین را فعال کردند. انفجار دوپامین در نتیجه باعث شد موش‌ها در جستجوی پاداش دوپامین به آن اتاق بازگردند.
سپس، محققان سعی کردند ببینند که آیا می‌توانند با تأثیرگذاری بر روده، رفتار پاداش‌جویی را نیز القا کنند. برای انجام این کار، آنها از الیاف در روده برای آزاد کردن ساکارز استفاده کردند، که همچنین آزادسازی دوپامین در مغز را فعال کرد و حیوانات را وادار کرد تا به دنبال محفظه ای باشند که در هنگام تحویل ساکارز در آن قرار داشتند.
در مرحله بعد، محققان با همکاری همکاران دانشگاه دوک دریافتند که می‌توانند با حذف ساکارز و تحریک اپتوژنتیکی پایانه‌های عصبی در روده که هضم و سایر عملکردهای بدن را کنترل می‌کند، همان رفتار پاداش‌جویی را القا کنند.
«دوباره، ما این رفتار ترجیحی مکان را دریافت کردیم که مردم قبلاً با تحریک در مغز دیده بودند، اما اکنون مغز را لمس نمی کنیم. ما فقط روده را تحریک می کنیم و کنترل عملکرد مرکزی را از محیط اطراف مشاهده می کنیم.
Sahasrabudhe از نزدیک با Rupprecht، یک فوق دکتر در گروه پروفسور Diego Bohorquez در Duke کار کرد تا توانایی الیاف را در کنترل رفتارهای تغذیه آزمایش کند. آنها دریافتند که این دستگاه ها می توانند سلول های تولید کننده کوله سیستوکینین را تحریک کنند، هورمونی که باعث سیری می شود. هنگامی که این ترشح هورمون فعال شد، اشتهای حیوانات سرکوب شد، حتی اگر چندین ساعت ناشتا بودند. محققان همچنین اثر مشابهی را هنگامی نشان دادند که سلول‌هایی را تحریک کردند که پپتیدی به نام PYY تولید می‌کنند که معمولاً پس از مصرف غذاهای بسیار غنی اشتها را مهار می‌کند.
اکنون محققان قصد دارند از این رابط برای مطالعه شرایط عصبی که اعتقاد بر این است که ارتباط روده و مغز دارند، استفاده کنند. به عنوان مثال، مطالعات نشان داده اند که کودکان اوتیستیک به مراتب بیشتر از همسالان خود به اختلال عملکرد دستگاه گوارش مبتلا می شوند، در حالی که اضطراب و سندرم روده تحریک پذیر خطرات ژنتیکی مشترک دارند.
اکنون می‌توانیم بپرسیم، آیا این تصادفی است یا ارتباطی بین روده و مغز وجود دارد؟ و شاید فرصتی برای ما وجود داشته باشد که از آن مدارهای روده-مغزی بهره ببریم تا مدیریت برخی از این شرایط را با دستکاری مدارهای محیطی به گونه ای که مستقیماً به مغز “لمس” نکند و کمتر تهاجمی باشد، آغاز کنیم.
دیدگاهتان را بنویسید