Forskere kuttet et vindu i hjernen til en mus, og deretter lyste en laser på den for å utløse hallusinasjoner.
Det er rart - men resultatene av studien, som ble publisert i dag (18. juli) i tidsskriftet Science, var til og med rart. Bemerkelsesverdig, fant forskerne, mens mus har mange millioner nevroner eller hjerneceller, laserlyset trengte å berøre bare rundt 20 av dem for å lure musen til å gjenkjenne et mønster på veggen som egentlig ikke var der.
Disse resultatene inspirerte forskerne til å stille det sjelden uttalte spørsmålet: Hvorfor tripper ikke mus (og mennesker) stadig ut?
"En musehjerne har millioner av nevroner; en menneskelig hjerne har mange milliarder," sa seniorforfatterforfatter Karl Deisseroth, nevrovitenskapsmann og psykiater ved Stanford University, i en uttalelse. "Hvis bare 20 eller så kan skape en oppfatning, hvorfor hallucerer vi ikke hele tiden på grunn av falske tilfeldige aktiviteter?"
Denne utrolige mentale følsomheten antyder at pattedyrhjerner kanskje er enda mer finstemte maskiner enn tidligere antatt, la Deisseroth til, og er i stand til å svare på ekstremt lave antall hjerneceller uten å bli for distrahert av tilfeldig feilfeilte nevroner. Mens det nåværende eksperimentet bare så på gjenkjennelse av enkle visuelle mønstre, er det mulig at mer komplekse mentale sensasjoner, som følelser eller minner, på samme måte styres av et overraskende lite antall hjerneceller.
Tripper på lasere
Hvordan får du en mus til å hallusinere uten å si det slik at du slipper det psykedeliske medikamenter? For dette eksperimentet brukte forskerne en teknikk som kalles optogenetikk - i det vesentlige innsetting av lysfølsomme gener i et dyrs hjerne som får visse nevroner til å fyre når de blir utsatt for bestemte bølgelengder av lys.
Teknikken har blitt brukt i tidligere studier for å gjøre mus om til sult-gale "zombier" og for å hjelpe rotter med å sparke kokainvanen deres. Her ble den brukt til å lære hvordan musenes hjerner reagerer når de ble vist forskjellige mønstre av horisontale og vertikale linjer - og for å se om disse nevrale responsene kunne skapes på nytt ved å pulse små grupper av nevroner med målrettet lys.
Forskerne utførte denne oppgaven ved å hugge et bokstavelig vindu inn i musenes hodeskaller (komplett med gjennomsiktig glassrute og alt mulig). Denne operasjonen utsatte den visuelle cortex - hjerneområdet som er ansvarlig for å behandle visuell informasjon hos mus og mennesker. Forskerne satte også inn gener i musene for å produsere to forskjellige proteiner, en som fikk neuroner til å glø grønt når de ble aktivert, og en annen som fikk neuroner til å fyre når de ble utsatt for et spesifikt infrarødt laserlys.
Deretter viste forskerne musene et mønster av å bevege parallelle linjer og trente dem til å slikke en vanntut når linjene var perfekt vertikale eller perfekt horisontale. Takket være de grønnglødende proteiner, så forskerne nøyaktig hvilke nevroner som fyrte av da musene gjenkjente og reagerte på de forskjellige linjeretningene. Dette gjorde det mulig for forskerne å utvikle et spesielt 3D-hologram av laserlys som kunne skytes på nøyaktig de rette stedene i musehjerne for bare å målrette de nevronene som er involvert i å gjenkjenne horisontale eller vertikale linjer.
Nå, for "hallusinasjoner." Gradvis viste forskerne musene stadig svakere projeksjoner av de horisontale og vertikale linjene, og utløste i mellomtiden passende nevroner i musenes hjerner med sin spesielle laser. Mot slutten av eksperimentet sluttet forskerne å vise muselinjene helt - men da laseren traff nevronene som var ansvarlige for å se horisontale eller vertikale linjer, reagerte musene fremdeles ved å slikke den passende vanntuten.
Var dette en sann hallusinasjon? Så "musene" virkelig de usynlige linjene? Det er umulig å vite med sikkerhet, sa Deisseroth i en nyhetsartikkel som fulgte studien. Gnagernes hjernecellefyring og atferdsrespons på laserlyset så imidlertid ut akkurat som de gjorde "under naturlig oppfatning," sa Deisseroth. Faktisk fikk laserlyset musene til å reagere på en spesifikk visuell stimulans som ikke var der.
Bemerkelsesverdig, skrev forskerne, de var i stand til å utløse disse spesifikke nevrale responsene i musene sine ved å målrette mellom 10 og 20 nevroner - en brøkdel av en prosent av musenes multimillion totalt.
"Vi vet ikke hvor mange celler det kan ta for å utløse en mer forseggjort tanke, sanseopplevelse eller følelser hos en person," sa Deisseroth, "men det vil sannsynligvis være et overraskende lite antall, gitt det vi ser i musen."
