ออปโตเจเนติกส์คืออะไร และทำไมการควบคุมเซลล์ประสาทด้วยแสงจึงสำคัญ
ออปโตเจเนติกส์ คือเทคนิคทางประสาทวิทยาที่ผสมผสานชีววิทยาระดับโมเลกุลกับฟิสิกส์ของแสง เพื่อใส่โปรตีนรับแสงเข้าไปในเซลล์ประสาท ทำให้สามารถควบคุมการเปิดปิดการทำงานของเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ด้วยลำแสงที่มีสีและเวลาที่กำหนดอย่างแม่นยำ เทคนิคนี้เปลี่ยนสมองจากกล่องดำที่ดูได้แต่จากภายนอก ให้กลายเป็นระบบที่เราสามารถกดสวิตช์เฉพาะจุดแล้วดูผลลัพธ์ได้แบบเรียลไทม์
หัวใจของความก้าวหน้าครั้งนี้คือการค้นพบช่องไอออนที่ควบคุมด้วยแสง บนโปรตีนจากสาหร่ายเขียวที่ตอบสนองต่อแสงสีน้ำเงิน เมื่อแสงตกกระทบ ช่องเหล่านี้จะเปิดให้ไอออนไหลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ เกิดสัญญาณไฟฟ้า ในระดับสมอง นั่นเทียบได้กับการมีสวิตช์ไฟที่เปิดปิดเซลล์ประสาทได้ตามคำสั่ง นักประสาทวิทยาจึงสามารถควบคุมเซลล์ประสาท เครือข่ายประสาท และวงจรสมองเฉพาะส่วน เพื่อดูว่าพวกมันสัมพันธ์กับความจำ อารมณ์ หรือพฤติกรรมอย่างไรได้อย่างที่ไม่เคยทำได้มาก่อน
สามนักวิทยาศาสตร์และการเดินทางจากสาหร่ายสู่รางวัลโนเบล
การได้รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ของ Karl Deisseroth Peter Hegemann และ Georg Nagel ไม่ใช่เพียงรางวัลเชิดชูบุคคล แต่คือการประกาศว่าแนวคิดควบคุมสมองด้วยแสงได้เปลี่ยนเกมของวิทยาศาสตร์ประสาทไปแล้ว การประกาศรางวัลเกิดขึ้นที่สถาบันคาโรลินสกาในสตอกโฮล์ม เริ่มต้นสัปดาห์รางวัลโนเบลด้วยการส่งสัญญาณชัดเจนว่า สมองคือสมรภูมิความรู้ถัดไปของมนุษยชาติ
เส้นทางเริ่มจากคำถามเรียบง่ายของ Hegemann ว่าทำไมสาหร่ายเขียวเซลล์เดียวชนิดหนึ่งจึงว่ายเข้าหาแสง เมื่อทำงานร่วมกับ Nagel พวกเขาพบโปรตีนที่เมื่อโดนแสงสีน้ำเงินจะเปิดช่องไอออนให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในเซลล์ เมื่อโปรตีนนี้ถูกนำไปใส่ในเซลล์อื่น เซลล์เหล่านั้นจะกลายเป็นเซลล์ที่ไวต่อแสง จากนั้น Deisseroth นำยีนของโปรตีนนี้ไปใส่ในเซลล์ประสาทของหนูมีชีวิต กลายเป็นสวิตช์เปิดปิดเซลล์ประสาทด้วยแสงอย่างแม่นยำ การที่วิธีนี้ถูกใช้ในห้องปฏิบัติการทั่วโลกเพื่อเปิดความลับของสมอง แสดงให้เห็นว่าคณะกรรมการรางวัลโนเบลไม่ได้ให้รางวัลแค่ความแปลกใหม่ แต่ให้กับเครื่องมือที่เปลี่ยนวิธีวิจัยสมองไปทั้งระบบ
เมื่อแสงกลายเป็นสวิตช์ของความจำ อารมณ์ และพฤติกรรม
รางวัลครั้งนี้ส่งสารชัดเจนว่า ใครก็ตามที่ควบคุมเซลล์ประสาทได้ละเอียดระดับเซลล์เดี่ยว คนนั้นจะเข้าใกล้คำตอบของคำถามใหญ่เกี่ยวกับมนุษย์มากที่สุด ออปโตเจเนติกส์ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเปิดปิดเซลล์ประสาทและวงจรสมองเฉพาะส่วนด้วยแสง เพื่อสำรวจว่าการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในระดับไฟฟ้าของสมองจะนำไปสู่การเปลี่ยนพฤติกรรม ความจำ หรือความรู้สึกอย่างไร คณะกรรมการรางวัลโนเบลถึงกับระบุว่านี่คือการค้นพบสวิตช์ที่ควบคุมด้วยแสงเพื่อเปิดปิดเซลล์ประสาทและวงจรในสมอง เพื่อเริ่มไขเส้นทางที่นำไปสู่พฤติกรรมและโรค
เมื่อเราสามารถยิงแสงเฉพาะจุดไปยังเซลล์ประสาทบางกลุ่มแล้วดูผลทันที นักวิจัยสมองและแสงจึงเริ่มทดลองถามคำถามใหม่ เช่น ถ้าเปิดเซลล์กลุ่มนี้เร่งความจำระยะยาวได้หรือไม่ ถ้าปิดเซลล์อีกกลุ่ม อาการกลัวหรือซึมเศร้าจะลดลงหรือเปล่า แนวคิดเรื่องความจำหรืออารมณ์ที่เคยเป็นนามธรรม กลายเป็นสิ่งที่ชี้นิ้วได้บนแผนที่สมอง แต่ในอีกด้าน เราก็ต้องตั้งคำถามด้านจริยธรรมตั้งแต่ตอนนี้ เพราะเมื่อเรารู้วิธีเปิดปิดเซลล์ประสาท เราก็กำลังเข้าใกล้โอกาสในการควบคุมพฤติกรรมมนุษย์อย่างไม่เคยมีมาก่อน
วิธีวิทยาใหม่ของประสาทวิทยา และทิศทางต่อไปของสมองกับแสง
สิ่งที่ทำให้ออปโตเจเนติกส์โดดเด่นจนคว้ารางวัลโนเบลไม่ใช่แค่ผลลัพธ์ แต่คือวิธีคิดที่ผสมผสานชีววิทยาระดับโมเลกุลกับฟิสิกส์ของแสงอย่างกลมกลืน อดีต นักประสาทวิทยาต้องอาศัยการจี้ไฟฟ้าหรือสารเคมีซึ่งกระทบเซลล์จำนวนมากพร้อมกัน วันนี้เรามีช่องไอออนที่ควบคุมด้วยแสงที่ทำให้เซลล์ประสาทแต่ละเซลล์กลายเป็นจุดรับคำสั่งของลำแสงเฉพาะสี การที่คณะกรรมการรางวัลโนเบลระบุว่าออปโตเจเนติกส์เปิดยุคใหม่ของประสาทวิทยา แปลว่าเครื่องมือวิจัยสมองกำลังเปลี่ยนจากการสังเกตแบบห่างไกลมาเป็นการควบคุมแบบจ่อจุด
อย่างไรก็ตาม รางวัลนี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้น การประกาศรางวัลการแพทย์ในวันจันทร์จะตามด้วยรางวัลฟิสิกส์วันอังคาร เคมีวันพุธ วรรณกรรมวันพฤหัสบดี และรางวัลเศรษฐศาสตร์ในวันที่ 12 ตุลาคม แสดงให้เห็นว่าการคุยเรื่องสมองด้วยแสงไม่ได้แยกขาดจากศาสตร์อื่น ในระยะถัดไป นักวิทยาศาสตร์ต้องพิสูจน์ว่าการควบคุมเซลล์ประสาทแบบนี้จะช่วยให้เราเข้าใจโรคประสาทและพัฒนาวิธีแทรกแซงสมองแบบจำเพาะจุดได้จริงหรือไม่ หากทำได้ ออปโตเจเนติกส์จะไม่ใช่แค่เครื่องมือในห้องทดลอง แต่มันจะกลายเป็นภาษาทางวิทยาศาสตร์ใหม่ในการสื่อสารกับสมองมนุษย์
