Нобеловата награда за физиология или медицина за 2026 г. се присъжда за оптогенетика – метод, който позволява да се покаже как нервните клетки оформят спомените, чувствата и поведението в живия мозък. Петер Хегеман и Георг Нагел откриха забележителен протеин, каналродопсин, в едноклетъчно водорасло. Карл Дейсерот трансформира протеина в превключвател, контролиран от светлина, за нервните клетки. Заедно лауреатите положиха основите на нова ера в невронауката.
Мозъкът е невероятно сложен, което може да е едновременно обезсърчително и завладяващо за невролозите по света. Само в рамките на един кубичен милиметър – приблизително колкото едно маково зърно – има десетки хиляди неврони и други поддържащи мозъка клетки, всички от които влияят взаимно върху функциите си.
Използването на светлина за повлияване на невронната функция, известно като оптогенетика, позволява на невроучените да манипулират какво правят невроните милисекунда по милисекунда. Изследователите, чиято работа доведе до тази техника, спечелиха Нобеловата награда за физиология или медицина за 2026 г.
Оптогенетиката осигурява такова ниво на контрол, което може да доведе до терапевтично регулиране на мозъчната активност по начини, които преди са звучали като фантазия. В момента изследователите тестват дали оптогенетиката може да облекчи симптомите или да подобри лечението на загуба на зрение, болест на Алцхаймер, болест на Паркинсон, епилепсия, множествена склероза, диабет, рак и други.
„Оптогенетиката предоставя възможности за картографиране на мозъка по начин, за който някога можехме само да мечтаем“, казва Пер Свенингсон, председател на Нобеловия комитет по физиология или медицина.
Всичко започва с любопитството на Петер Хегеман. Той се чуди как Chlamydomonas, едноклетъчно водорасло, е способно да плува към източник на светлина. В началото на 2000-те години той и Георг Нагел откриват каналродопсин, водораслов протеин с уникални свойства, намиращ се на повърхността на клетката. Когато е осветен от синя светлина, през протеина се отваря канал. След това заредени йони навлизат в клетката, създавайки електрически импулс. Те откриват, че независимо в коя клетка поставят протеина, тези клетки стават светлочувствителни.
Карл Дейсерот въвежда гена за каналния родопсин в нервни клетки от плъхове. Чрез осветяване на клетките със синя светлина той успява да задейства нервен сигнал. Той публикува това откритие през 2005 г. Две години по-късно той кара този контролиран от светлина превключвател за нервните клетки да работи в мозъците на живи мишки.
Този метод за контролиране на нервните сигнали със светлина сега се нарича оптогенетика и бързо придобива глобално значение. Използвайки оптогенетиката, изследователите успяват да разкрият невронни вериги, управляващи специфични спомени, чувства и поведение, свързани с неврологични и психиатрични разстройства. В клиничната медицина изследователите използват метода в опити да възстановят зрението при хора със зрителни увреждания.
Оптогенетиката ежедневно променя разбирането за мозъка чрез нови открития, които помагат за разрешаването на една от големите мистерии на човечеството: как работи нашият невероятен мозък.
В опит да визуализираме мозъка
Учените се опитват да намерят начин да визуализират мозъка още от края на XIX век, когато испанският невролог и художник Сантяго Рамон-и-Кахал рисува видяното през микроскоп. Той разглежда проби от мозъчна тъкан, оцветени със сребро, за да направи отделните неврони видими – техника, разработена от италианския невролог Камило Голджи.
Докато рисувал, Кахал се зачудил как невроните биха могли да си влияят взаимно чрез връзките си. Идеите, които той развил, формират основата на разбирането ни за това как мозъкът учи и запомня. Работата на тези учени им спечелила Нобелова награда за физиология или медицина през 1906 г.
През 70-те години на миналия век изследователите разработват друг вариант за прилагане на цвят върху мозъка, наречен антероградно и ретроградно проследяване. Тези методи позволяват на невроучените да картографират различни пътища между невроните в мозъка.
Днес мозъкът може да бъде визуализиран с много по-фини детайли, използвайки технологии като електронна микроскопия и разширителна микроскопия. Тези техники, комбинирани с алгоритми за изкуствен интелект, позволяват на учените да видят сложността в рамките на кубичен милиметър мозъчна тъкан.
Магнитно-резонансната томография също оказва дълбоко влияние върху начина, по който изследователите разбират мозъка. Функционалният ЯМР позволява на невролозите неинвазивно да следят мозъчната активност, като измерват кръвния поток през целия мозък. През 2003 г. Нобеловата награда за физиология или медицина е присъдена за разработването на ЯМР техники, които правят възможна функционалната ЯМР.
Всички тези методи за визуализация и увеличение формират областта на конектомиката: картографиране на всички връзки между невроните.
Измерване на невронната активност
След визуализирането на структурите и разположението на мозъка, способността за манипулиране на електричеството позволява на изследователите да научат как комуникират невроните.
През 1963 година невроучените Алън Ходжкин и Андрю Хъксли печелят Нобелова награда за физиология или медицина за работата си по улавяне и измерване на електрическите импулси, създавани от невроните.
Днес невролозите могат да проследяват активността на стотици неврони от различни области на мозъка едновременно.
Изследвания, използващи методи за едновременно записване, преобръщат разбирането на учените за това как работи мозъкът: Серия от проучвания, публикувани през 2025 г., показват, че докато животното взема решение, 95% от мозъка участва активно в този процес, а не само невроните в мозъчните области, обикновено свързани с вземането на решения.
Контролиране на активността на невроните
Способността за контролиране на активността на специфични неврони съществува от края на 80-те години на миналия век, когато френският неврохирург Алим-Луи Бенабид разработва техниката на дълбока мозъчна стимулация, за да помогне за облекчаване на симптомите на болестта на Паркинсон.
Дълбоката мозъчна стимулация действа като пейсмейкър за мозъчната активност. Днес изследователите изучават потенциалното използване на тази техника за облекчаване на симптомите на психични разстройства, включително обсесивно-компулсивно разстройство, тежка депресия, преяждане и др.
Невронауката става вирусна
Невроните не реагират естествено на светлините, използвани в оптогенетиката. Затова учените въвеждат в определени неврони генетични инструкции, които им позволяват да произвеждат светлочувствителни протеини. Инструкциите се изпращат директно до невроните чрез безвреден вирус.
Оптогенетиката не е единствената невронаучна техника, която използва вируси за доставяне на инструкции до невроните. Същото важи и за метод, наречен дизайнерски рецептори, активирани изключително от дизайнерски лекарства, или накратко DREADDs.
Подобно на оптогенетиката, DREADDs дава възможност на невролозите да контролират невронната активност. Докато оптогенетиката използва светлина, за да се фокусира върху специфична група неврони и да контролира тяхната активност, DREADDs прави това химически – подобно на система от ключ и ключалка, която действа само върху определени видове неврони или в конкретна област на мозъка.
При DREADDs също могат да се използват вирусни вектори, за да се инструктират невроните да променят химичните си рецептори, така че да реагират само на специфични лекарства. Няколко клинични проучвания тестват дали тази техника може да се използва за лечение на състояния като болестта на Паркинсон, епилепсия и невропатична болка.
След години хирургична процедура, включваща червена или синя светлина, може да възстанови зрението или да спре развитието на невродегенеративни заболявания, а коктейл от лекарства може да намали тревожността или да лекува епилепсия. Ако се случи, това ще е резултат от десетилетия изследвания и работата на редица учени, които са се опитвали да подобрят разбирането ни за това как работи нашият мозък.
А бъдещето на невронауката изглежда все по-светло.
Източник: The Conversation, The Nobel Prize
