Je hebt misschien nog nooit een zebravis persoonlijk gezien. Maar kijk eens naar de zebravis in de korte video hierboven en je krijgt iets te zien dat voorheen onbekend was voor de wetenschap: een visuele weergave van een gedachte die door de hersenen van een levend wezen beweegt.
Een groep wetenschappers van het Japanse Nationale Instituut voor Genetica kondigde de verbijsterende prestatie aan in een artikel dat vandaag in Current Biology is gepubliceerd . Door een gen in een zebravislarve in te brengen - vaak gebruikt in onderzoek omdat zijn hele lichaam transparant is - en met behulp van een sonde die florescentie detecteert, konden ze de mentale reactie van de vis op een zwemparadijs in realtime vastleggen.
De sleutel tot de technologie is een speciaal gen dat bekend staat als GCaMP dat reageert op de aanwezigheid van calciumionen door de fluorescentie te vergroten. Omdat neuronactiviteit in de hersenen een snelle toename van de calciumionen met zich meebrengt, zorgt het inbrengen van het gen ervoor dat de specifieke gebieden in de hersenen van een zebravis die worden geactiveerd, helder gloeien. Door een sonde te gebruiken die gevoelig is voor florescentie, konden de wetenschappers de locaties van de hersenen van de vissen volgen die op elk willekeurig moment werden geactiveerd - en zo de gedachte van de vis vastleggen terwijl deze rond de hersenen "zwom".
Zebravisembryo's en larven worden vaak gebruikt in onderzoek omdat ze grotendeels doorzichtig zijn. Afbeelding via Wikimedia Commons / Adam Amsterdam
De specifieke gedachte die in de bovenstaande video is vastgelegd, vond plaats nadat een paramecium (een eencellig organisme dat de vis als voedselbron beschouwt) in de omgeving van de vis werd vrijgegeven. De wetenschappers weten dat de gedachte de directe reactie van de vis is op het bewegende paramecium omdat zij, als een eerste onderdeel van het experiment, de specifieke neuronen in de hersenen van de vissen hebben geïdentificeerd die reageren op beweging en richting.
Ze brachten de individuele neuronen in kaart die verantwoordelijk waren voor deze taak door de vis te bewegen visueel een puntbeweging over een scherm te volgen en te volgen welke neuronen waren geactiveerd. Later, toen ze hetzelfde deden voor de vis terwijl hij naar het zwemparadijs keek, lichtten dezelfde hersengebieden op en de activiteit bewoog over deze gebieden op dezelfde manier voorspeld door de mentale kaarten als gevolg van de richtbeweging van het paramecium . Toen het paramecium bijvoorbeeld van rechts naar links bewoog, bewoog de neuronactiviteit van links naar rechts, vanwege de manier waarop de visuele kaart van de hersenen is omgekeerd in vergelijking met het gezichtsveld.
Dit is niet de eerste keer dat GCaMP is ingebracht in een zebravis voor imaging-doeleinden, maar het is de eerste keer dat de foto's zijn vastgelegd als een real-time video, in plaats van een statische afbeelding achteraf. De onderzoekers bereikten dit door een verbeterde versie van GCaMP te ontwikkelen die gevoeliger is voor veranderingen in de calciumionconcentratie en een grotere mate van florescentie afgeeft.
De prestatie is duidelijk een wonder op zich, maar de betrokken wetenschappers zien het leiden tot een reeks praktische toepassingen. Als wetenschappers bijvoorbeeld in staat waren om snel de delen van de hersenen in kaart te brengen die door een chemische stof worden overwogen als medicijn, zouden nieuwe en effectieve psychiatrische medicijnen gemakkelijker kunnen worden ontwikkeld.
Ze stellen zich ook voor dat het de deur opent naar een verscheidenheid aan nog verbazingwekkender - en misschien een beetje verontrustend (wie wil tenslotte hun gedachten lezen?) - gedachte-detecterende toepassingen. "In de toekomst kunnen we het gedrag van een dier, inclusief leren en geheugen, angst, vreugde of woede, interpreteren op basis van de activiteit van bepaalde combinaties van neuronen, " zei Koichi Kawakami, een van de co-auteurs van het artikel.
Het is duidelijk een tijdje weg, maar dit onderzoek toont aan dat het concept van het lezen van de gedachten van een dier door zijn mentale activiteit te analyseren, verder kan gaan dan science fiction om het rijk van echte wetenschappelijke toepassingen te betreden.
