לשלוט בגנים בעזרת המחשבות

חוקרים מ-ETH ZURICH הצליחו לבנות את רשת הגנים הראשונה אי-פעם הניתנת לשליטה ע”י המחשבות שלנו

מדענים הצליחו לפתח שיטה חדשנית לוויסות גנים המאפשרת לגלי-מוח מבוססי-מחשבות לשלוט בהמרה של גנים לחלבונים – מנגנון הקרוי בשם ביטוי גנים. ההשראה לפיתוח זה הגיעה ממשחק שבו משתמשים בגלי-מוח על מנת לנתב את דרכו של כדור במסלול מכשולים.

“לראשונה אי-פעם הצלחנו להתחבר לגלי-מוח אנושיים, להעביר אותם באופן אל-חוטי לרשת גנים ולווסת את הביטוי של הגנים כתלות בסוג המחשבה. היכולת לשלוט בביטוי הגנים דרך כוח המחשבות היא חלום שרדפנו אחריו מזה כעשור,” אמרה החוקרת הראשית. מקור ההשראה למערכת החדשנית לביטוי גנים באמצעות מחשבות היה המשחק ששמו Mindflex, שבו השחקן חובש זוג אוזניות מיוחדות עם גלאים על גביי המצח המתעדות את גלי-המוח. רשמת המוח החשמלית (EEG) המתקבלת מועברת בשלב הבא לסביבת המשחק. רשמת המוח החשמלית שולטת במאורר המאפשר לכדור קטן לנוע בעזרת המחשבות דרך מסלול מכשולים.

המערכת, שפורטה במסגרת מאמר שפורסם בכתב-העת המדעיNature Communications, מנצלת גם אוזניות של EEG. גלי-המוח הרשומים מנותחים ומועברים באופן אלחוטי דרך “שן כחולה” (Bluetooth, תקן פתוח לתקשורת אלחוטית לטווח קצר בין סוגים שונים של מתקני תקשורת) למרכז בקרה, שהוא בתורו שולט על מחולל שדה אלקטרומגנטי; שדה זה מפעיל שתל הפועל ע”י זרם חשמלי. בשלב הבאה נדלקת נורה בתוך השתל – נורת לד הפולטת אור בתחום התת-אדום הקרוב הקורן על-גביי צלוחית תרבית המכילה תאים שעברו שינויים גנטיים. כאשר האור מגיע לתאים, הם מתחילים להפיק את החלבון הרצוי.

השתל נבדק בתחילה בתרביות תאים ובעכברים ופעילותו נשלטה ע”י המחשבות של מספר נבדקים. החוקרים השתמשו במסגרת הניסויים שלהם בחלבון SEAP, חלבון מודל אנושי קל לזיהוי הנפלט מחוץ לצלוחית התרבית של השתל לתוך מחזור הדם של העכבר.

על מנת לווסת את כמות החלבון המשתחרר, הנבדקים חולקו בהתאם לשלושה מצבי רוח: משוב ביולוגי, מדיטציה והתרכזות. נבדקים ששיחקו במשחק המחשב מיינקראפט, כלומר כאלו שהיו מרוכזים, הולידו ערכי חלבון ממוצעים במחזור הדם של העכבר. כאשר הנבדקים היו נינוחים לחלוטין (מדיטציה) החוקרים תיעדו ערכי חלבון גבוהים מאוד בבע”ח הנבדקים. במסגרת המשוב הביולוגי, הנבדקים צפו בנורת הלד של השתל שבגוף העכבר והצליחו למתג באופן מכוון את תאורת הלד דרך משוב ויזואלי. התנהגות זו הולידה כמויות משתנות של חלבון המודל במחזור הדם של העכבר.

“אופן השליטה בגנים בדרך זו הוא חדש לחלוטין והוא ייחודי בפשטות שלו,” מסבירים החוקרים. המערכת האופטו-גנטית רגישת-האור המגיבה לקרינה בתחום התת-אדום היא מתקדמת במיוחד – האור מקרין על גביי חלבון רגיש-אור בתוך הגנים של תאים שעברו שינוי ויוזם בכך מפל אותות מלאכותי, מה שמביא בסופו של דבר לייצורו של החלבון SEAP. החוקרים השתמשו בקרינה בתחום התת-אדום מאחר והיא אינה פוגעת בתאים אנושיים, מסוגלת לחדור עמוק אל תוך הרקמה ומאפשרת לעקוב באופן ויזואלי אחר תפקודו של השתל. המערכת החדשה פועלת כהלכה וביעילות בסביבות של תרבית תאים אנושיים ובמערכת של אדם-עכבר. החוקרים מצפים כי שתל נשלט-מחשבות יוכל באחד מן הימים לסייע במאבק כנגד מחלות נוירולוגיות, כגון כאבי-ראש וכאבי גב כרוניים ואפילפסיה, זאת ע”י איתור גלי-מוח מוגדרים בשלב מוקדם היוזמים ושולטים בייצור של חומרים מסוימים בתוך השתל במועד ובכמות הרצויים.

המאמר המקורי
הידיעה על המחקר