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빛을 통한 마인드 컨트롤:광유전학의 신흥 세계
이 새로운 과학은 공상과학에서 벗어난 것처럼 들리지만, 곧 현실이 될 수도 있습니다.
Donovan Alexander
도노반 알렉산더
|2020년 11월 23일 오전 09:58
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옵토-누구
광유전학은 대학에 있는 동안 여러분과 여러분의 친구들이 피하려고 하는 무서운 선택 과목처럼 들립니다.하지만 당신이 생각하는 것만큼 나쁘지는 않습니다.약간의 창의적인 생각과 약간의 공상과학 소설의 유사점들로, 여러분은 광유전학이 과학과 의학에서 가장 흥미로운 분야 중 하나인 이유를 빠르게 이해할 것입니다.
겉으로 보기에, 광유전학은 인간이 리모콘을 사용하여 우리의 뇌를 조종할 수 있게 해줍니다. 어떻게요?빛을 이용해서.이 "라이트 콘트롤러"를 통해, 여러분은 버튼을 눌러 즉시 잠을 청할 수 있습니다.만일 부상을 당한다면, 컨트롤러에 있는 다른 버튼을 누르면 뇌의 통증 수용기가 꺼질 수 있습니다.또는 컨트롤러를 사용하여 신체의 다양한 운동 기능을 제어할 수 있습니다.
참고 항목
과학적 기술은 이 모든 것이 가능한 미래로 우리를 이끌 수 있습니다.이 새로운 방식의 "마음 조절"은 알츠하이머나 파킨슨병과 같은 노화와 관련된 뇌 질환을 치료하는 데 사용될 수 있습니다.엘론 머스크의 뉴럴링크 프로젝트의 동일한 주장 중 일부를 병행하는 것을 약속함으로써 실명, 심장 이상 및 심지어 정신 질환을 치료하는 데 사용될 수 있습니다.
광유전학은 과학의 변두리에서 아주 멀리 떨어진 생각이 아닙니다.최근의 획기적인 연구에 의하면 달성 가능한 것으로 보이는 공상과학소설에 뿌리를 둔 아이디어입니다.이것은 이미 전세계의 임상 의사들과 연구원들에 의해 인간의 뇌를 연구하는데 사용되고 있습니다.
신경생물학과 공학의 이 새로운 분야에서의 진보는 연구자들이 통증으로 이어지는 뇌 신호를 해독하고, 중독을 위한 신경 코드를 더 잘 이해하고, 맹인 쥐의 시력을 회복하고, 기억을 다시 프로그래밍하고, 새로운 뇌 신호를 만드는 것을 도왔습니다.만약 우리가 현재의 한계를 넘어서 현재 우리가 가고 있는 길을 계속 갈 수 있다면, 광유전학을 과학의 최전선으로 끌어내기 위해 마련된 신경기술은 앞으로 몇 년 안에 세상을 바꿀 수 있을 것입니다.하지만, 우리는 우리 자신을 앞서가고 있습니다.
광유전학이란?
자 한번 더 살펴 보지요.광유전학은 빛을 이용하여 세포의 행동을 조절하는 과학입니다.현재 가장 빠르게 성장하고 있는 응용 연구 분야 중 하나입니다.그 기술의 가장 흥미로운 측면은 우리가 뇌를 통제하기 위해 다양한 주파수를 사용할 수 있게 해준다는 것을 약속합니다.
문제의 세포들은 이 경우 신경세포입니다.셸리 팬 오브특이점 허브 "뉴런이 뇌에서 자연적으로 활성화되거나 침묵되는 과정 뒤에 숨겨진 메커니즘을 가로채는 기초 신경생물학과 공학의 훌륭한 마인드 믹스"라고 설명합니다.이 응용과학은 전세계의 실험실에서 사용되고 있으며, 우리의 마음에 대한 새로운 흥미로운 것들을 발견하는 데 도움을 주고 있습니다.
"광유전학은 유전학과 광학을 결합하여 살아있는 조직의 특정 세포 내의 명확한 사건들을 제어하는 것입니다.빛에 반응하는 유전자를 발견하고 세포에 삽입하는 것을 포함하고,"말한다사이언티픽 아메리칸.
"그것은 또한 자유롭게 움직이는 포유동물처럼 복잡한 생물의 깊은 곳에 빛을 전달하고, 관심 있는 세포에 빛에 민감한 것을 목표로 하며, 이러한 광학 제어 장치의 특정 판독치 또는 효과를 평가하기 위한 관련 기술을 포함하고 있습니다."
신경세포를 먼저 이해해야 합니다.
뉴런은 뇌와 신경계의 기본 단위입니다.그것들은 우리 주변의 세계로부터 감각 입력을 받고, 우리가 이동할 때 우리 근육에 운동 명령을 보내고, 그 사이의 모든 단계에서 전기 신호를 변환하고 중계하는 역할을 하는 세포입니다.이 뇌세포들은 이온 통로라고 불리는 "문간"을 가진 살아있는 저장 용기입니다.
이러한 출입문들은 외부로부터 차단막 역할을 하는 세포들을 내부 환경으로부터 분리시킵니다.뉴런이 충분히 강력한 입력을 받으면, 세포는 그들의 "문"을 열어서, 다른 이웃 뉴런으로 뻗어나가는 전류를 만들어 정보를 전달합니다.이것이 뉴런들이 소통하는 방법이고 이 네트워크들이 기억, 감정, 행동을 만드는 방법입니다.광유전학은 그 과정을 방해합니다.
이 뉴런들은 어떻게 조절하죠?옵신은 공식의 첫번째 부분입니다.
Mind Control Through Light: The Emerging World of Optogenetics"
A.전기 자극 연구에서는 자극 부위에 가까운 모든 세포가 활성화됩니다.
B. 푸른 빛은 일반적으로 신경세포에 영향을 주지 않습니다.C. 블루라이트는 채널로돕신-2(ChR2)를 가진 뉴런을 선택적으로 활성화시킬 것입니다."
연구원들은 단지 세포에 빛을 비추고 최고의 것을 바라고 있는 것이 아닙니다. 첫째로, 과학자들이 생물의 유전자 코드에 있는 정보를 바꾸는 과정인 유전공학을 사용하여 빛에 민감하도록 뉴런을 "재설계"해야 합니다. 광유전학과 관련하여, 과학자들은 그들이 보고 싶어하는 뉴런의 유전자 코드를 가져와서 그것에 새로운 코드 조각을 추가합니다.
이 새로운 코드가 피험자의 뉴런에 추가되면, 그것은 다음과 같은 특별한 단백질을 만듭니다.옵신스. 뉴런을 수정하는데 사용되는 opsin에 따라, 그것은 a를 송신할 것입니다.조명을 비추면 신경 자극. 이 방법을 사용하여 잠재적으로 전체 장기, 신체 부위 및 행동을 제어할 수 있습니다.
광유전학의 힘을 푸는 열쇠는 유전공학에 있습니다.
옵신은 자연적으로 발생합니다; 처음에 조류에서 발견되었는데, 이것은 그들 스스로 빛을 향해 이동하는 것을 돕기 위해 이 단백질들을 사용합니다.
옵신의 유전자는 연구실의 쥐들에게 흔히 추가됩니다.
이것을 하기 위해서 과학자들은 바이러스를 이용해서 옵신의 유전자 코드를 쥐의 신경세포의 유전자 코드에 조심스럽게 삽입합니다.
아직도 우리 곁에?올바르게 수행되면 마우스의 모든 뉴런이 opsin을 갖게 됩니다.
우리는 이미 쥐의 유전자 코드에 대해 광범위한 지식을 가지고 있기 때문에 opsin을 어디에 넣을 것인지 선택할 수 있습니다.
우리는 특정한 종류의 뉴런이나 뇌의 특정한 부분 안에 우리의 코드를 넣을 수 있습니다.이를 통해 우리가 제어하고자 하는 뉴런을 정확하게 조작할 수 있습니다.
가장 인기 있는 옵신 중 하나는 녹조에서 발견됩니다.
채널로돕신-2 또는 ChR2라고 불리는 이 옵신은 파란빛 에 의해 활성화되는데, 이것은 파란 빛이 그것을 비출 때만 작동하고 다른 종류의 빛에는 반응하지 않는다는 것을 의미합니다.뉴런에 채널로돕신-2를 추가하면 푸른 빛이 뉴런을 켜는 스위치 역할을 합니다.이 모든 일이 있은 후에도, 우리는 아직 반밖에 남지 않았습니다.
광섬유는 현재로서는 공식의 후반부입니다.
이제 옵신은 뇌 또는 생쥐 뇌의 전부이기 때문에, 연구자들은 이제 빛 자극을 정확하게 전달하기 위해 옵신 뉴런 근처에 광섬유를 설치할 필요가 있습니다.전술한 바와 같이, 광 주파수와 함께 사용되는 옵신에 따라 특정 뇌 영역이 제어될 수 있으며, 그러한 유형의 것에 관심이 있다면 빛에 민감한 텔레파시 초능력을 제공합니다.광유전학의 더 성숙한 형태는 신경학적 문제를 가진 사람들을 돕기 위해 사용될 수 있는 강력한 임상 치료의 문을 열 수 있을 것입니다.하지만 문제가 있습니다.
이것이 진정으로 실용적으로 작동하기 위해서, 우리는 뇌에서 튀어나온 전선들을 제거해야 할 것입니다. 수술이 필요합니다. 아무도 전선이나 뇌에서 장치가 튀어나오기를 원하지 않습니다. 광유전학의 다음 진화는 무선이 될 수 있습니다. 최근의 한 연구에서, 연구자들은 광섬유 없이도 뉴런들이 빛에 반응하도록 할 수 있었습니다. 스탠포드 대학 연구팀은 두개골에 의해 확산되는 빛에 민감한 신경세포들을 생체공학적으로 처리할 수 있는 방법을 찾아냈고, 이는 이전 연구팀들보다 훨씬 빠른 시간을 제공했습니다. 그럼에도 불구하고, 그것은 여전히 많은 사람들 사이에서 무선 뇌 제어를 향한 첫 단계입니다.
광유전학은 모든 것을 바꿀 수 있습니다.
과학자들은 광유전학을 이용하여 질병을 치료하거나 심지어 증상을 완화시킬 방법을 찾고 있습니다.심장의 단순한 광유전학적 업그레이드는 심박수의 불규칙성을 교정하는 데 사용될 수 있습니다.광유전학은 근육 수축을 유발하기 위해 "가벼운 치료법"을 사용함으로써 마비 환자의 운동 기능을 회복하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
"광유전학이 결국에는 인체의 고장 난 장기를 고치는 데 사용될 수 있다는 것은 의심의 여지가 없습니다.그리고 유전자 치료는 우리가 이것을 완전히 비침습적으로 할 수 있게 해줄 것입니다."말한다막단백질 연구를 위한 MIPT 연구소의 비탈리 셰브첸코."만약 원한다면, 신체의 일부를 더 효과적인 부품으로 교체함으로써 우리의 신체를 '업그레이드'하는 것도 가능할 것입니다!"
임상 치료는 신경학적 발생 질환과 심지어 정신 건강 문제를 치료하는 데 도움이 될 수 있습니다.리스트는 계속됩니다.그럼에도 불구하고, 이 모든 것을 하기 위해서는 아직 갈 길이 멀다는 것을 언급하는 것이 중요합니다.광유전학에서 인상적인 도약이 있었습니다.하지만 이것의 적용은 과학의 변두리에 있지 않다는 것을 잊지 마세요.
만약 이것이 효과가 없다면, 우리는 항상 엘론 머스크의 뉴럴링크를 시도할 수 있을 것입니다.