ウイルスと人工眼鏡が盲人の物体を再認識

私たちの神経の電気的インパルスは、イオン チャネルと呼ばれるタンパク質のクラスによって生成され、イオンが細胞に出入りすることを可能にします。 しかし、イオンの流れを制御することには、神経インパルスの生成以外の用途もあり、細胞によって作られた他の多くのチャネルがあり、さらには細菌や神経を持たない他の生物によって作られたものもあります。

科学者は、特定の波長の光によってトリガーされた後にのみイオンが流れるチャネルを発見しました。 チャネルをニューロンに戻すと、研究者が光のみを使用して神経を活性化できるようになったため、チャネルが有用であることが判明しました。 この発見により、複雑な振る舞いさえ示す研究分野全体、つまり光遺伝学が生み出されました。 社交のように 光でコントロールできます。

しかし、光によって活性化される神経活動は、私たちの目の形で、正常な生物学の一部でもあります。 研究ツールとしてのチャネルの開発は、失敗したビジョンに対処するために使用される可能性を高めています。 重要な概念実証として、研究者は光に敏感なチャネルと特殊なゴーグルを使用して、視覚障害のある人がオブジェクトを見つけることができるようにしました。

視力回復

志願した人が苦しんでいる 網膜色素変性症網膜変性を引き起こす遺伝性疾患です。 せいぜい、被験者は周囲に光があるかどうかを識別できます。

フランスの研究チームは、参加者の視力を回復させるために、ウイルスが感染した細胞を研究者が特定できるように、光に敏感なチャネルと蛍光タンパク質を運ぶウイルスを設計しました。 研究者は、ウイルスをボランティアの眼に注入した。感染した細胞の一部には、視神経を介して情報を脳に伝達するニューロンが含まれていた。 これらの細胞は、通常は光を感知する特殊な細胞とは異なりますが、ウイルスは本質的に細胞を光に敏感なニューロンに変えます。

しかし、このチャネルは多くの波長の光には敏感ではない (主に黄色を拾う) ため、それ自体はごく少量の潜在的な視覚情報しか拾わない. これがゴーグルの出番です。ゴーグルは光の全スペクトルを取り込み、チャネルが敏感な単色の琥珀色の光に変換します。 メガネは、ウイルスに感染した目に視覚情報をリアルタイムで送信します。 チャネルがこの情報をうまく拾い上げると、ボランティアの視界がある程度回復します。

しばらくの間、この「if」は大きなもののように聞こえました。 ボランティアが視覚情報に気付き始めるまでには、7 か月の視覚訓練を含むほぼ 1 年かかりました。 この人がずっとトレーニングに通っていたという事実は、彼のプロジェクトへのコミットメントの証です。

ある程度の視覚が回復すると、研究者たちはボランティアに、テーブル上の物体の位置を特定するなどの基本的な作業を行うように依頼しました。 3 つの条件を比較します。両眼はゴーグルなしで開いています。 ゴーグルなしで治療された目を開きます。 ゴーグルを装着し、治療した目を開けた状態で、システムを意図したとおりに動作させます。 参加者は、システムが機能していないと、何も見つけることができませんでした。 しかし、ゴーグルが遺伝子組み換えされた目を刺激したときの成功率は 92% でした。 物がたくさんあるとき、彼は 60% 以上の時間でそれらを数えることができました。

テストでは、デバイスが視覚のために脳の右側の部分の神経活動を回復することが確認されました。

もっと来る

物体認識を回復することは、完全な視覚を回復するよりもはるかに少ない場合でも、重要なステップです。 ただし、システム パフォーマンスを向上させる方法がいくつかあります。 明らかな方法の 1 つは、参加者の 2 番目の目に細胞を遺伝子操作することです。 光応答細胞の数を増やすことを期待して、最初の目を再損傷することもできるはずです。

最後に、著者は、ウイルスに蛍光マーカーを使用することを提案しています。これにより、光感受性細胞の位置を特定できるようになります。 これにより、研究者は目の中で最も反応の良い部分により多くの情報を表示するゴーグルを設計できるようになる可能性があります。 最後に、追加のトレーニングにより、ボランティアの視覚系のより機能的な活動が回復する可能性があります。

1 つの重要な注意事項は、ボランティアが何年にもわたって正常な視力を持っていたため、脳内の機能的な視覚処理システムを成熟させることができたということです。 つまり、本質的に、システムはすでに機能しているビジュアル ネットワークに接続されていました。 生まれつき目が見えない人には、同じことが当てはまらないかもしれません。

システムの制限に関係なく、まったく機能することは印象的です。 数十年前には、ゴーグルとシステムの遺伝子工学アームの両方がサイエンス フィクションと見なされていた可能性があります。

自然医学、2021 年。DOI: 10.1038/s41591-021-01351-4 (DOIについて)。