Die Forscher zwingen zwei Mäuse, sich auszuruhen und FOMO in einem dritten zu induzieren

Seit seiner Einführung im Jahr 2005 hat eine als Optogenetik bezeichnete Technik es erheblich einfacher gemacht, neuronale Aktivität mit Verhalten zu verknüpfen und zu verstehen, wie Neuronen und Gehirnregionen miteinander verbunden sind. Neurowissenschaftler wählen einfach die (tierischen) Neuronen aus, an denen sie interessiert sind, gentechnisch so, dass sie ein auf Licht ansprechendes Protein exprimieren, und stimulieren sie dann mit der richtigen Art von Licht. Diese Technik kann verwendet werden, um eine ausgewählte Untergruppe von Neuronen in lebenden, atmenden, sich bewegenden Tieren zu hemmen oder zu erregen und zu beleuchten, welche neuronalen Netze das Verhalten und die Entscheidungen der Tiere bestimmen.

Die Forscher nutzten die Arbeit bei der Miniaturisierung der optogenetischen Hardware und verwendeten nun die Optogenetik, um die Aktivität in Teilen des Gehirns zu verändern, die die sozialen Interaktionen bei Mäusen beeinflussen. Und sie haben ein beunruhigendes Maß an Kontrolle über die Art und Weise ausgeübt, wie die Mäuse interagieren.

Klein werden

Eine große Einschränkung für frühe optogenetische Studien bestand darin, dass die Drähte und optischen Fasern, die erforderlich sind, um Licht in das Gehirn eines Tieres zu bringen, auch den Tieren im Weg stehen, ihre Bewegungen behindern und möglicherweise die Ergebnisse verzerren. Neuere implantierbare drahtlose Geräte wurden vor etwa fünf Jahren entwickelt, können jedoch nur in der Nähe bestimmter Gehirnregionen platziert werden. Sie sind auch zu klein, um viele Schaltungskomponenten und Empfängerantennen aufzunehmen, und sie müssen vorher programmiert werden. Schade um die armen angehenden Mind Controller, die sich mit solch begrenzten Werkzeugen auseinandersetzen müssen.

John Rogers, Gründungsdirektor des neu gestifteten Zentrums für biointegrierte Elektronik an der Northwestern University. Sein Labor hat kürzlich multilaterale optogenetische Geräte erfunden, die in die Köpfe oder den Rücken von Tieren implantiert werden können, die so klein wie Mäuse sind. Die Geräte können Anweisungen auf verschiedenen Kanälen empfangen, sodass Forscher die neuronale Aktivität in verschiedenen Gehirnregionen einer Maus oder in verschiedenen Mäusen innerhalb desselben Gehäuses unabhängig und gleichzeitig modulieren können. Die Geräte werden drahtlos von einem PC aus gesteuert, und die Forscher können die Anweisungen in Echtzeit ändern, während ein Experiment durchgeführt wird.

Nachdem die Wissenschaftler der Rogers-Gruppe bestätigt hatten, dass die implantierten Geräte die Bewegungen einer Maus weder beeinflussten noch von ihnen beeinflusst wurden und weder das Gewebe noch die Physiologie der Maus beschädigten, steckten sie ein auf Licht ansprechendes Protein in einige dopaminerge Neuronen im ventralen Tegmental Bereiche einiger Mäuse. Diese Regionen sind mit der Belohnungsverarbeitung verbunden. Die Forscher implantierten dann ihr neues Gerät unter die Haut der transgenen Maus.

Die ersten Tests bestätigten die Ergebnisse früherer optogenetischer Experimente: Implantat-betroffene Mäuse, die über einen Lichtstoß, der an der Seite des Gehäuses schwebte, auf der das System zur Erzeugung von Licht programmiert war, eine mit Dopamin betriebene Belohnung erhielten. So weit, ist es gut. Da die Forscher wussten, dass Dopamin das Sozialverhalten fördert, wollten sie herausfinden, ob die implantierten Mäuse aufgrund der Lichtstimulation lieber in der Nähe einer anderen Maus als einer Spielzeugmaus rumhängen. Sie taten.

Sozial werden

Um das System zu nutzen, testeten die Forscher eine Idee aus einer Reihe früherer Studien, die darauf hinwiesen, dass Mäuse, die miteinander sozialisieren, dazu neigen, in einem bestimmten Bereich ihres Gehirns eine synchronisierte Aktivität zu haben. Die neue optogenetische Hardware bot eine Möglichkeit, diese Synchronität künstlich zu erzeugen.

Daher erzeugten die Forscher eine „synchronisierte Interbrain-Aktivität“, indem sie zwei Mäuse fünf Minuten lang mit einer 5-Hz-Tonic-Stimulation (kontinuierliche Stimulation) stimulierten und eine desynchronisierte Aktivität, indem sie andere Mäusepaare fünf Minuten lang mit einer 25-Hz-Burst-Stimulation stimulierten. Ungefähr doppelt so viele der synchronisierten Mäuse entschieden sich dafür, Kontakte zu knüpfen – Pflege, Schnüffeln usw. – wie die desynchronisierten Mäuse. Wenn zwei Mäuse zu einem 5-Hz-Paar synchronisiert wurden und eine dritte Maus den 25-Hz-Burst erhielt, mied das Paar das desynchronisierte dritte. Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass „die auferlegte Synchronität zwischen den Gehirnen die soziale Interaktion und die soziale Präferenz bei Mäusen beeinflusst“.

Die Homepage der Rogers Research Group trägt den Untertitel “Wissenschaft, die Lösungen für die Gesellschaft bringt”. Das Labor hat tragbare drahtlose Geräte entwickelt, die die Vitalfunktionen von Neugeborenen auf der Intensivstation nahtlos verfolgen, die elektrische Aktivität im Gehirn aufzeichnen und Symptome von COVID-19 erkennen und überwachen. Und das war erst im vergangenen Jahr.

Bevor Sie sich also an dunkle Orte begeben – über Gehirnwäsche und Gänsehaut und alle, die für immer in ihren ideologisch homogenen Facebook-Silos beschlagnahmt bleiben -, denken Sie daran, dass Dr. Rogers seine Kräfte für immer einsetzt. Diese Arbeit wurde auch an gentechnisch veränderten Mäusen durchgeführt.

Naturneurowissenschaften, 2021. DOI: 10.1038 / s41593-021-00849-x