Forskare klippte ett fönster i en mus hjärna och lysade sedan en laser på det för att utlösa hallucinationer.
Det är konstigt - men resultaten från studien, som publicerades idag (18 juli) i tidskriften Science, var till och med häftigare. Det är anmärkningsvärt att forskarna fann att medan möss har många miljoner nervceller eller hjärnceller, behövde laserljuset bara röra cirka 20 av dem för att lura musen att känna igen ett mönster på väggen som inte var riktigt där.
Dessa resultat inspirerade forskarna att ställa den sällan uttalade frågan: Varför trippar inte möss (och människor) ständigt ut?
"En mushjärna har miljontals neuroner; en mänsklig hjärna har många miljarder", säger seniorstudieförfattare Karl Deisseroth, neurovetenskapsmannen och psykiater vid Stanford University, i ett uttalande. "Om bara 20 eller så kan skapa en uppfattning, varför hallucerar vi inte hela tiden på grund av falsk slumpmässig aktivitet?"
Denna otroliga mentala känslighet antyder att däggdjurshjärnor kanske är ännu mer finjusterade maskiner än tidigare trott, tillade Deisseroth, som kan reagera på alltför låga antal hjärnceller utan att bli alltför distraherade av slumpmässigt felaktiga neuroner. Medan det nuvarande experimentet bara tittade på igenkänningen av enkla visuella mönster, är det möjligt att mer komplexa mentala känslor, som känslor eller minnen, på samma sätt styrs av ett förvånansvärt litet antal hjärnceller.
Trippar på lasrar
Hur får man en mus att hallucinera utan att säga att man glider av det psykedeliska droger? För detta experiment använde forskarna en teknik som kallas optogenetik - i huvudsak införandet av ljuskänsliga gener i ett djurhjärna som får vissa nervceller att skjuta när de utsätts för vissa ljusvåglängder.
Tekniken har använts i tidigare studier för att förvandla möss till hungriga "zombies" och för att hjälpa råttor att sparka deras kokainvanor. Här användes det för att lära sig hur mössens hjärnor svarar när de visade olika mönster av horisontella och vertikala linjer - och för att se om dessa neurala svar skulle kunna skapas enbart genom pulserande små grupper av nervceller med riktat ljus.
Forskarna klarade denna uppgift genom att snida ett bokstavligt fönster i mössens skalar (komplett med transparent glasruta och allt). Denna operation exponerade den visuella cortex - hjärnregionen som ansvarar för att behandla visuell information hos både möss och människor. Forskarna infogade också gener i mössen för att producera två olika proteiner, en som fick neuroner att lysa grönt närhelst de aktiverades och en annan som fick neuroner att skjuta när de utsattes för ett specifikt infrarött laserljus.
Därefter visade forskarna mössen ett mönster av att röra parallella linjer och utbildade dem att slicka en vattentut när linjerna var helt vertikala eller helt horisontella. Tack vare de gröna glödande proteinerna såg forskarna exakt vilka neuroner som avfyrade när mössen kände igen och reagerade på olika linjeriktningar. Detta gjorde det möjligt för forskarna att utveckla ett speciellt 3D-hologram av laserljus som kunde avfyras på exakt de rätta punkterna i mushjärnorna för att endast rikta in sig på de neuroner som är involverade i att känna igen horisontella eller vertikala linjer.
Nu för "hallucinationerna." Gradvis visade forskarna mössen alltmer dunkla projiceringar av de horisontella och vertikala linjerna, samtidigt som de utlöste lämpliga neuroner i mössens hjärnor med deras speciella laser. I slutet av experimentet slutade forskarna att visa mösslinjerna helt - men när lasern träffade neuronerna som var ansvariga för att se horisontella eller vertikala linjer, reagerade mössen fortfarande genom att slicka den lämpliga vattpipen.
Var detta en riktig hallucination? Såg mössen verkligen de osynliga linjerna? Det är omöjligt att veta säkert, sade Deisseroth i en nyhetsartikel som följde studien. Men gnagarnas hjärncellskydd och beteendeaktion på laserljuset såg ut precis som de gjorde "under naturlig uppfattning", sade Deisseroth. I själva verket fick laserljuset mössens hjärnor att svara på en specifik visuell stimulans som inte fanns där.
Anmärkningsvärt, skrev forskarna, kunde de utlösa dessa specifika neuronsvar i sina möss genom att rikta in sig mellan 10 och 20 nervceller - en bråkdel av en procent av mössens multimiljon totalt.
"Vi vet inte hur många celler det kan ta för att utlösa en mer detaljerad tanke, sensorisk upplevelse eller känsla hos en person," sade Deisseroth, "men det kommer sannolikt att vara ett förvånansvärt litet antal med tanke på vad vi ser i musen."
