TLDR: Metoda čtení či ovlivňování neuronální (mozkové) aktivity zvířátek nám odhalila víc o tom, jak tiká mozek! Ale byť za ni šla nynější Nobelovka za medicínu, u lidí efektivně aplikovat nende… Víc hir.

Letošní Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství získali Karl Deisseroth, Peter Hegemann a Georg Nagel za objevy týkající se světlem řízených iontových kanálů a optogenetiky. Hegemann a Nagel na počátku století objevili u jednobuněčné řasy Chlamydomonas channelrhodopsin – protein, jehož kanál se otevře po ozáření modrým světlem, dovnitř buňky pustí ionty a vyvolá elektrický impulz.

Deisseroth následně gen pro channelrhodopsin vložil do neuronů – roku 2005 ukázal, že je lze světlem aktivovat, a o dva roky později dostal princip i do mozku živých myší. A zrodila se optogenetika!

„Co to je? Za co to dostali?“

Složitě znějící objev nám umožňuje řešit ještě složitější problém – náš mozek.

Vědátoři se koukali na jednobuněčné řasy Chlamydomonas a zajímalo je, jak to, že vždycky plavou za světlem. Pachatelem je channelrhodopsin. Když na tento protein na povrchu buňky posvítíte modrým světlem, otevře se. Tímto kanálem pak protékají nabité ionty, jako když zapnete vypínač na prodlužce. Ať už protein strčili do jakékoli buňky, fungoval stejně – buňka začala být citlivá na světlo. A to nejen u jiných řas, ale i u potkaních nervových buněk. Vytvořili světelný vypínač pro mozkové buňky!

Tenhle systém kontroly nervů pojmenovali optogenetika. Ta brutálně změnila naše chápání mozku. Laby po celém světě teď zjišťují, jak funguje ta měkká masa v našich lebkách. Zapínáním a vypínáním konkrétních částí mozku víc rozumíme tvorbě myšlenek, emocí a chování. Kliničtí vědátoři už tuhle metodu používají k pokusům o obnovu zraku nevidomých. A všechno to začalo u otázky, proč se ta řasa mrská právě tímto směrem…

„Co to vlastně umí?“

Princip je vlastně překvapivě jednoduchý. Vybrané neurony geneticky upravíte tak, aby reagovaly na světlo, a následně k nim typicky zavedete titěrné optické vlákno. Světelnými impulzy pak lze konkrétní buňky či neuronové sítě zapínat nebo vypínat doslova na povel. Když zároveň víte, které neurony se aktivují při určité vzpomínce, pocitu nebo chování, dostáváte něco jako experimentální editor mozku.

Nejde přitom jen o sledování mozku. Optogenetika umožňuje testovat kauzalitu – když nějaké neurony zapnu, objeví se určitý vjem? A když je vypnu, zmizí nějaké chování?

„No a k čemu to posoužilo?“

U myší tak vědci například identifikovali neurony související s alkoholovým absťákem. Jejich optogenetické utlumení snížilo chuť k alkoholu i motivaci pít u silně závislých zvířat. Jiné studie zase ukázaly, že aktivací různých buněk hipokampu lze zesilovat či oslabovat negativní vzpomínky a stres, který s nimi souvisí.

Ještě sci-fičtěji působí experiment s vizuálními vjemy. Myši se nejprve naučily reagovat na určitý obrazec. Vědci zmapovali neurony, které se při jeho sledování aktivovaly, a následně je laserem stimulovali v úplné tmě. Myši se chovaly stejně, jako kdyby obraz skutečně viděly – k vytvoření jednoduché reprezentace linie přitom stačila aktivace zhruba 20 neuronů…

„Dá se tím něco i měnit i stran paměti?“

Jasně! U zebřiček pestrých, které se normálně učí zpěvu napodobováním rodičů, vědci stimulací příslušného mozkového okruhu vytvořili umělou instrukci ovlivňující jejich pozdější zpěv. Tehdy jsme to shrnuli skoro až jako implantování „vzpomínky“ na píseň, která se nikdy nestala.

U nevyspalých myší zase světelná aktivace určitých neuronů hipokampu obnovila přístup k několik dní „zapomenuté“ informaci. To naznačilo, že vzpomínka nebyla zničena – mozek se k ní jen neuměl dostat. Optogenetika zde posloužila i jako kontrola pro hledání léku, který by stejného efektu dosáhl bez laseru. A podobný účinek skutečně vykázal roflumilast.

A tím možnosti nekončí. Stimulací určitých neuronů se podařilo u hlodavců spustit torpor podobný hibernaci, v jednom experimentu na více než 48 hodin. V roce 2026 zase vědci u bdělých myší optogeneticky vyvolali v části kůry rytmus připomínající pomalé vlny hlubokého NREM spánku – daná oblast pak vykazovala známky „odpočinku“, aniž by celé zvíře usnulo. A optogenetika pomohla nedávno experimentálně rozmotat i spojení mezi rytmem nosního dýchání a úzkostí.

„Hustý, teď už teda existuje ovládání myšlenek lidí!“

No, ne. Háček je, že genetická úprava neuronů a optické kabely zavedené do mozku nejsou zrovna ideální lidská terapie. Největší význam optogenetiky je tedy zatím jinde – umožňuje nám najít konkrétní mozkovou páčku, zatáhnout za ni a zjistit, co skutečně ovládá.

A právě za nástroj, který změnil mozek z černé skříňky v něco, do čeho můžeme alespoň experimentálně začít sahat, teď přišla Nobelovka…

[Ladislav Loukota, Filip Šlapal]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]