اپتوژنتیک، انقلابی در مطالعات مغزی

علیرغم پیشرفتهای چشمگیری که علوم  مغز و اعصاب در دهه‌های اخیر به دست آورده اند، هنوز یک چالش بزرگ در این زمینه باقی‌ است: دست یافتن به سرّ چگونگی‌ سیم کشی‌ پیچیده مغز انسان به منظور شناخت مکانیسم  کار حافظه و رفتار انسانها.
موضوعی که به نوع خود می تواند راهی‌ باشد برای معالجه بیماریهایی چون آلزایمر، افسردگی یا اوتیسم. این دری است که تا به حال بسته مانده است.
کلید این در بسته اما، می تواند در نوعی جلبک تک سلولی حساس به نور نهفته باشد، که باعث و بانی‌ شروع انقلابی در کارهای پژوهشی بوده است.
اپتوژنتیک (شاخه یی از ژنتیک) که از ترکیب ژنتیک و اپتیک (فیزیک نور) ایجاد شده، روشی‌ است نوید بخش برای درک بهتر صدمات و بیماریهای عصبی.
صرف نظر از تحولات آینده، این شاخه از علم تا امروزه به موفقیت‌هایی‌ دست یافته که تصور آن در گذشته بیشتر به یک رویا شباهت داشت.
اپتوژنتیک این امکان را فراهم می‌کند تا خاطرات ناگوار پاک شوند.

پرده برداری از عملکرد حافظه و طراحی مجدد آن، که در طول قرن‌ها یکی‌ از اهداف علوم  مغز و اعصاب بوده، ممکن است بسیار دور از دسترس نباشد. در نتیجه  کشفیات قابل ملاحظه ای که تحت نظر دکتر سوسومو از دانشگاه MIT انجام شد، این شاخه از علم جای خاصی‌ در بخش مربوط به پیشرفتهای علمی‌ سال ۲۰۱۴ را در مجلات علمی‌ معتبر به خود اختصاص داد.
محققان نه تنها قادر به نشانه گذاری نورون‌هایی‌ شدند که در مغز موش باعث ثبت حافظه می شوند بلکه موفق شدند تا با استفاده از پرتوهایی‌ از نور این نورونها را دوباره مورد استفاده قرار دهند.
در نتیجه توانستند حافظه مربوط به یک خاطره ناگوار را به حافظه ایی دلپذیر تبدیل کنند.
امکان طراحی دوباره حافظه که یکی‌ از اهداف مورد نظر دانشمندان مغز بوده، دیگر هدفی‌ دست نیافتنی به نظر نمی‌آید.
بدون نیاز به الکترود، اپتو ژنتیک از روشی‌ دقیق برای کنترل مکانیسم نورون‌ها استفاده می‌کند.
در این روش به بخش‌های خاصی‌ از سلول‌های عصبی،  ویروس محتوی پروتئین گیرنده نور تزریق می شود (ویروسی‌ به نام اپسین) که اطلاعات ژنتیکی آن از نوعی جلبک نوری بدست آمده است.
بدین طریق سلول‌های عصبی به نور حساس می‌شوند. پروتئین‌ها که در اینجا نقش سویچ را بازی می‌کنند، با ارسال نور  از طریق کابل فیبر نوری در یک میلیونیوم ثانیه باعث روشن یا خاموش شدن نورون می شوند.
این پرتوهای نوری می توانند باعث تحریک یا سرکوب افکار یا خاطرات خاص شوند.
یکی‌ از نخستین مشکلات در این رابطه این است که به چه شکلی‌ نورون‌های مربوطه را در میان ۸۶ میلیارد نورون موجود در مغز تشخیص دهیم.
نورون‌ ‌هایی که به هنگام ساختن حافظه فعال می شوند پرتویینی ایجاد می کنند. این نورونها به کمک مهندسی‌ ژنتیک و با استفاده از پروتئین نوری نشانه گذاری می شوند، طوری که سلولها به هنگام ساختن حافظه نورانی می شوند. با استفاده از این روش مناطقی از مغز که نورانی شده مورد توجه دانشمندان قرار می‌گیرند، به مانند روشن بودن شبانگاهی چراغ اتاقی‌ در یک ساختمان که با دیدن آن می‌توان حدس زد در چه طبقه و اتاقی‌ ، کسی‌ حضور دارد.
از سال ۲۰۰۴ که روش استفاده از پروتئین میکروبی به منظور کنترل تحرکات ارگانیسم‌های کوچکی چون کرمهای لوله ای و مگس‌های میوه ای توسط کارل دیم از دانشگاه استندفورد کشف شد، آزمایشهای اپتوژنتیک چندین برابر افزایش داشته و میزان پیشرفت در این زمینه چشمگیر بوده است.
نمونه‌هایی از موارد استفاده از اپتوژنتیک عبارتند از: مقابله با کوری کامل کسانی‌ که شبکه بینایی‌شان ضربه خورده به منظور برگردانندن بخشی از بینایی، تعویض پیس میکرمغزی بیماران مبتلا به پارکینسون، بهبود عملکرد گوش  مصنوعی کسانی‌ که شنوائی شان را از دست داده‌اند، کشف دقیقتر مکانیسمی که مسئولیت تنظیم خواب عمیق را دارا می‌باشد و کمک به کاهش اعتیاد معتادان به کوکائین.
در حال حاضر، پتانسیل اپتوژنتیک در توانایی آن در کشف وظایف پیچیده مغز و در نهایت درک این که حافظه چگونه ثبت می شود، چگونه ضربه روحی، افسردگی یا شیزوفرنی شکل می‌گیرد نهفته است. به منظور ثبت حادثه ای در مغز، نورونها در مناطق مختلف مغز با دیگر نورونها در دیگر مناطق مغزی با داشتن تخصصی دیگر، ارتباط برقرار می کنند. مسیر ثبت حافظه دو وظیفه را به عهد دارد: اطلاعات طبیعی ( چه اتفاقی‌ افتاده و در کجا) که در هیپوتالاموس، در بخش داخلی‌ مغز، ثبت می شود، و وظیفه دوم معنی‌ احساسی‌ یک واقعه که در بخش امیگدلا انجام می شود.
گروه دکتر سوسومو کشف کرد که می‌توان حافظه موجود در هیپوتالاموس را جایگزین کرد، اما بار احساسی‌ آن در امیگدلا را نه، و به همین خاطر ارزش احساسی‌ آن خاطره قابل پاک کردن نیست.
هر چند که مشاهده شد که تغییرات در حافظه باعث تغییرات در ارتباط بین نورونی در هر دو بخش هیپوتالاموس و امیگدلا می گردد.
این کشف از طریق آزمایش روی موشها و با کمک ثبت و تکرار خاطرات دلپذیر به کمک پرتو نوری و خاطرات ناگوار به کمک شوک الکتریکی انجام شد.
نتیجه این که با فعال کردن خاطرات دلپذیر، موشها دیگر از رفتن به بخشی از قفس که قبلا از بودن در آن اجتناب می کردند، پرهیز نکنند. مکمل آن، رفتار موشها در اجتناب از رفتن به بخشی از قفس است که در آنجا دچار شوک الکتریک شده بودند.
در همین زمینه، پژوهشگران در کالج دانشگاه لندن تحقیقاتی‌ ممتاز انجام دادند در رابطه با فعالیت مغزی مربوط به ثبت و تغییر که تعیین کننده این است که کدام نورونها در کدام وظیفه خاص نقش بازی می کنند. نتیجۀ این تحقیقات که در مجله طبیعت به چپ رسیده، ترکیبی‌ است از کار با اپتوژنتیک و دیگر تکنیک‌های مورد استفاده در علوم اعصاب. بطور مثال، تصویربرداری  کلسیم، که در آن با فعال شدن نورون‌ها آغاز فعالیت مغز در موردی مشخص، افزایش مقدار کلسیم در بخشهای مختلف مغز تعقیب می شود.
آنها مدولاتور فضایی را مورد استفاده قرار دادند که قادر است نور را به هلوگرامی شامل پرتوهای کوچک نوری تقسیم کند، به طور مثال،  فعال کردن همزمان ۶ نورونی که در شکل گیری لبخند صورت در گیرند.
در جدیدی که اپتوژنتیک می‌گشاید می تواند به معنی‌ پایان عصر استفاده از پروزاک و به اصطلاح امپراتوری انسان بر پایه مدار باشد. اما برای مشاهده موارد عملی‌ این رشته باید صبر کرد.