Mozky všeho druhu: s implantátem, mikroplasty, zpomalené i mutované – „jednohubky“ z výzkumu 2025/6

Paraplegik ovládá virtuální dron pomocí mozkového implantátu

Další bod pro rozhraní mozek/počítač (BCI − brain-computer interface) zaznamenali na konci ledna američtí výzkumníci. Podařilo se jim naprogramovat algoritmus, který 69letému paraplegikovi umožnil létat s virtuálním dronem jen za pomoci myšlenek. Muž, který utrpěl paralyzující poranění míchy v oblasti 4. krčního obratle, se v roce 2016 účastnil studie, v rámci níž mu byly do oblasti levého motorického kortexu implantovány dva 96kanálové čipy pro snímání mozkové aktivity. Tato oblast mozku je zodpovědná za ovládání ruky.

V nynější studii vědci vytrénovali algoritmus BCI, aby dokázal rozpoznat mozkovou aktivitu ovládající 3 skupiny prstů – palec, ukazovák s prostředníkem a prsteník s malíkem. Muž se nejprve učil představovat si, jak prsty pohybuje v souladu s virtuální rukou na obrazovce počítače. Naučil se zasahovat cíle na obrazovce pomocí definovaných prstů s finální rychlostí 76 úderů za minutu. Vědci následně propojili vytrénovaný dekodér s ovládáním virtuálního dronu. Muž byl poté schopen hrát počítačovou hru, při které navigoval dron sérií obručí na virtuálním basketbalovém hřišti. Autorům výzkumu se tak podařilo nejen splnit pacientovo přání, že by chtěl své BCI použít pro létání s dronem, ale také přinést další potřebné informace o tom, co lidskému mozku umožňuje ovládat ruce tak precizně.^{1, 2}

Nesnesitelná pomalost bytí aneb mozky horší než vytáčené připojení

Jen máloco nás štve tolik jako pomalé internetové připojení. Rychlost přenosu informací do našeho počítače se udává v bytech za sekundu (bps) a pro představu, streamování videa v HD kvalitě vyžaduje rychlost asi 5 Mbps. Bioinženýry z Caltechu zajímalo, s jakou rychlostí plynou informace naší nervovou soustavou. Výsledky, ke kterým dospěli řadou elegantních analýz, je značně překvapily. Ukázalo se, že rychlost našich kognitivních procesů je jen asi 10 bps. I to nejpomalejší vytáčené připojení z internetového pravěku přitom dosahovalo maximální rychlosti okolo 100 bps.

A jak vědci přenosovou rychlost mozku stanovili? S využitím matematické teorie informace analyzovali například proces nutný pro psaní na klávesnici. Při psaní informace nejprve vstupuje do systému pomocí našich očí, je zpracována v mozku a výstupem je pohyb svalů ruky, které mačkají klávesy. Čím je tok informací rychlejší, tím rychleji píšeme. Nejzručnější písaři dosahují rychlosti okolo 120 úhozů za minutu, což odpovídá informačnímu toku přibližně 10 bps. Autoři studie se snažili najít rychlejší procesy a dále zkoumali například vrcholové hráče počítačových her, šampiony ve skládání Rubikovy kostky poslepu nebo mistry v zapamatování si řady binárních čísel. Při všech těchto činnostech rychlost přenosu informace nervovou soustavou nepřesáhla 15 bps. Kdyby ovšem vědci do svých výpočtů zahrnuli i nevědomé signály, jež nám umožňují stát, chodit nebo nespadnout při zakopnutí, celková rychlost by byla o hodně větší.^{3, 4}

Proč to genu pro Huntingtonovu chorobu tak dlouho trvá?

Huntingtonova choroba, dříve zvaná „tanec svatého Víta“, je neurodegenerativní onemocnění, jež se obvykle projeví ve středním věku poruchami motoriky, postupnou změnou osobnosti, progredující demencí a nakonec nevyhnutelným úmrtím. Za onemocnění může mutace v genu pro protein huntingtin exprimovaný v buněčném jádře, který se účastní regulace transkripce. Jedinci s Huntingtonovou chorobou mají v genu HTT zmnožené triplety CAG (kodón pro aminokyselinu glutamin). Mechanismus toxicity mutovaného huntingtinu pro neurony není zcela objasněn. Neví se ani, proč se u nositelů mutací onemocnění obvykle projevuje až ve středním věku.

Neurovědci z Harvardovy univerzity zkoumali profil tripletů CAG ve specifických oblastech mozku 6 pacientů, kteří na Huntingtonovu chorobu zemřeli. Výzkumníkům se podařilo vyvinout techniku umožňující stanovit počet repetic CAG v jednotlivých jádrech a zároveň v daném buněčném jádře osekvenovat kompletní transkriptom. Ukázalo se, že počet repetic CAG ve většině neuronů odpovídal počtu, se kterým se pacienti narodili. Ve striatálních neuronech, o kterých se soudí, že v průběhu onemocnění odumírají nejdříve, však bylo nalezeno podstatně větší množství repetic (u 98 % z nich 60–73 tripletů, v několika neuronech to ovšem byly stovky repetic). Při překročení hladiny 150 repetic přestaly neurony exprimovat bílkoviny specifické pro svůj buněčný typ a začaly produkovat proteiny podporující buněčnou smrt. Modelování postupu choroby ukázalo, že akumulace repetic je zpočátku pomalá, ale se zvyšujícím se množstvím tripletů začíná zrychlovat. Potenciální léčba Huntingtonovy choroby (zatím žádná neexistuje) by tak měla začít co nejdříve, než množství naakumulovaných repetic v neuronech corpus striatum dosáhne kritické hodnoty.^{5, 6}

Co dělají s mozkem (alespoň tím myším) mikroplasty?

Čínským vědcům se vůbec poprvé podařilo v reálném čase sledovat, co se děje s mikroplasty v myším těle. Využili fluorescenčně značené mikrokuličky polystyrenu, které myším podali spolu s vodou, a sledovali je pomocí dvoufotonové mikroskopie průhledným „okýnkem“ voperovaným do myší lebky.

Přibližně 3 hodiny po podání se objevily první značené buňky. Jednalo se o neutrofily a makrofágy, jež fagocytovaly mikroplasty. Některé z nich se poté zachytily v těsných zákrutech drobných cév v kortexu. V některých případech poté v daném místě docházelo k hromadění dalších buněk plných plastu. Někdy se tyto ucpávky časem uvolnily, jiné však zůstaly na místě po celou dobu 4týdenního sledování. Menší mikročástice způsobovaly méně překážek.

Agregáty buněk s obsahem mikroplastů se chovaly podobně jako krevní sraženiny. Myši, jimž byly mikroplasty podány, měly snížený průtok krve v mozku a vykazovaly sníženou pohyblivost a další neurologické abnormity. Efekt trval několik dnů.

Autoři svá pozorování uzavírají s tím, že mikroplasty mohou poškozovat funkci tkání nepřímo, narušením krevního oběhu, spíše než přímým průnikem do tkání. Vzhledem k tomu, že mikroplasty se do krevního oběhu lidí mohou snadno dostat například i při použití lékařských přístrojů či infuzních setů, je nutné tuto problematiku dále zkoumat.^{7, 8}

(este)

Zdroje:
1. Willsey M. S., Shah N. P., Avansino D. T. et al. A high-performance brain–computer interface for finger decoding and quadcopter game control in an individual with paralysis. Nat Med 2025 Jan 20, doi: 10.1038/s41591-024-03341-8 [Epub ahead of print].
2. Naddaf M. Paralysed man flies virtual drone using brain implant. Nature 2025 Jan 20, doi: 10.1038/d41586-025-00167-3 [Epub ahead of print].
3. Zheng J., Meister M. The unbearable slowness of being: Why do we live at 10 bits/s? Neuron 2025 Jan 22; 113 (2): 192–204, doi: 10.1016/j.neuron.2024.11.008.
4. Zimmer C. The speed of human thought lags far behind your internet connection, study finds. The New York Times, 2024 Dec 26. Dostupné na: https://www.nytimes.com/2024/12/26/science/speed-of-thought.html
5. Handsaker R. E., Kashin S., Reed N. M. et al. Long somatic DNA-repeat expansion drives neurodegeneration in Huntington's disease. Cell 2025 Jan 14: S0092-8674(24)01379-5, doi: 10.1016/j.cell.2024.11.038 [Epub ahead of print].
6. Mallapaty S. Revealed: Why the fatal Huntington's gene takes so long to cause harm. Nature 2025 Jan 17, doi: 10.1038/d41586-025-00119-x [Epub ahead of print].
7. Huang H., Hou J., Li M. et al. Microplastics in the bloodstream can induce cerebral thrombosis by causing cell obstruction and lead to neurobehavioral abnormalities. Sci Adv 2025 Jan 24; 11 (4): eadr8243, doi: 10.1126/sciadv.adr8243.
8. Mallapaty S. Microplastics block blood flow in the brain, mice study reveals. Nature 2025 Jan 23, doi: 10.1038/d41586-025-00178-0 [Epub ahead of print].