Используя относительно высокочастотные импульсы лазерного света, следующие с частотой от 40 до 100 импульсов в секунду, нацеленные на область головного мозга под названием таламус, ученые добились эффекта пробуждения спящих подопытных животных, деятельность мозга которым моментально поднималась до уровня активного бодрствующего организма. Освещение этого участка мозга низкочастотными импульсами, до 10 импульсов в секунду, оказывает обратное воздействие, деятельность мозга подавляется и это заставляет животных войти в подобное коматозному бессознательное состояние.

«Мы надеемся использовать полученные нами знания для разработки более совершенных методов лечения травм головного мозга и других неврологических расстройств» – рассказывает Чжин Хюнг Ли (Jin Hyung Lee), доктор философии (Ph.D.) в области невралгии, нейрохирургии и биоинженерии из Стэнфордского университета.

Расположенный в недрах головного мозга таламус регулирует процессы, связанные с выходом организма из состояния сна, действуя в качестве «изолятора», замедляющего ретранслируемые сигналы от нервных окончаний со всего тела до коры головного мозга. Повреждение нейронов в центральной части таламуса может привести к возникновению проблем со сном, вниманием, памятью и т.п.

В своих исследованиях функционирования таламуса ученые использовали комбинацию оптогенетических технологий и функциональное магнитно-резонансное сканирование fMRI всего головного мозга в целом. Последний метод, называемый ofMRI, позволяет охватить и увидеть все эффекты и процессы, происходящие в мозге, детализируя это все до уровня отдельных элементарных ячеек.

Использование методов оптогенетики позволило оказывать возбуждающее воздействие на отдельную группу нейронов и определить их роль в работе общей нейронной сети головного мозга.

«Такого эффекта было бы невозможно достичь при помощи обычных методов, в которых используются матрицы вживляемых электродов» – пишут исследователи.

Оптогенетические методы позволяют разработать новые терапевтические методы, основанные на технологии прямой стимуляции мозга (direct-brain stimulation, DBS), которые будут оптимизированы для использования в клинических условиях и использоваться для лечения широкого ряда неврологических расстройств, не поддающихся лечению традиционными методами.

«Наши исследования являются достаточно большим шагом на пути понимания функционирования сложнейшей схемы головного мозга. И теперь нам известно, какие участки управляют процессами сна и пробуждения организма» – рассказывает Еджун (Джанет) Хи (Yejun (Janet) He), руководитель данной программы со стороны Национального института неврологических расстройств (National Institute of Neurological Disorders and Stroke, NINDS).