Оптогенетика заставляет определенные нейроны мозга экспрессировать белок, чувствительный к свету. Затем исследователи направляют свет в мозг с помощью оптоволоконного кабеля и могут контролировать активность нейронов, экспрессирующих светочувствительный белок. В статье исследователи описали, как они использовали этот метод для предотвращения активации набора нейронов или подавления их активности. Этот метод позволяет целенаправленно воздействовать на мозг и строго контролировать время активации или деактивации нейронов.
По словам Виккенса, оптогенетика «переворачивает нейробиологию с ног на голову».В публикации исследователи описывают влияние области мозга, называемой прилежащим ядром, и ее роль в поведенческой гибкости или способности изменять стратегии во время выполнения задачи. Крысам был предоставлен выбор между нажатием одного из двух рычагов.
Их вознаграждали, когда они нажимали на один рычаг, и продолжали получать награду, нажимая на рычаг до 20 раз. В 21-й раз рычаг перестал давать награду, а другой рычаг был запрограммирован на доставку награды. Обычно крысы продолжают нажимать на рычаг без вознаграждения несколько раз, прежде чем сменить стратегию и нажать другой рычаг, чтобы получить вознаграждение.
Однако, когда нейроны оболочки прилежащего ядра были отключены с помощью оптогенетического торможения, крысы быстрее меняли свое поведение и раньше начинали нажимать на другой рычаг. Ингибирование нейронов вызывало этот поведенческий сдвиг только тогда, когда нейроны были выключены во время обратной связи о результатах, когда крысы узнавали, нажимали ли они на рычаг вознаграждения.
Другими словами, у крыс было лучше, они переключились на другой рычаг раньше, когда эти нейроны отключились в определенное время.Работа является первой, которая показывает, что оптогенетическое ингибирование нейронов оболочки прилежащего ядра во время вознаграждения или обратной связи при ошибке увеличивает поведенческую гибкость.
Викенс говорит, что работа «предполагает, что нейроны объединяют историю вознаграждения, и животные консультируются с этими нейронами о том, следует ли продолжать или менять стратегии». Похоже, нейроны оболочки прилежащего ядра являются одними из нейронов, хранящих эту историю вознаграждений. Показать четкую причину и следствие ингибирования этих нейронов с помощью такого поведения, связанного с принятием решений, было бы невозможно без оптогенетики.
Заглядывая вперед, Виккенс воодушевлен возможностями оптогенетики. «Настоящая проблема понимания того, как работает мозг, состоит в том, что было трудно идентифицировать нейронную активность, вызывающую определенное поведение. Теперь с помощью этой техники мы можем это сделать».