Mokslininkai pademonstravo netikėtą reiškinį: lazerio šviesa galima sukelti mikroskopinių struktūrų judesius žuvies ausyje taip, kad tai pakeistų širdies plakimo dažnį. Eksperimentai atlikti su zebrinėmis žuvelėmis, kurios dažnai naudojamos biomedicininiuose tyrimuose dėl skaidrių lervų audinių ir lengvai stebimų fiziologinių procesų.
Tyrimo centre atsidūrė otolitai – kalcio karbonato kristalai, esantys daugumos stuburinių vidinėje ausyje. Įprastai jie juda nuo garso ar kūno judesių sukeltų vibracijų, o jų poslinkius fiksuojančios jutiminės ląstelės perduoda signalus į nervų sistemą.
Šį kartą garsą pakeitė tiksliai valdomas lazeris ir vadinamosios optinės gaudyklės, dar žinomos kaip optiniai pincetai. Tai metodas, kai šviesos spinduliu sukuriama labai maža, bet pakankama jėga, leidžianti stumti ar „pakibinti“ mikrodaleles ir priversti jas judėti norimu ritmu.
Taikydami tokį poveikį otolitams gyvose zebrinės žuvelės lervose, tyrėjai stebėjo smegenų aktyvumą ir fiksavo, kad suaktyvėja klausai bei pusiausvyros signalams svarbios sritys. Tai leido daryti išvadą, kad mechaninis otolitų judesys nervų sistemoje apdorojamas panašiai kaip įprastas garsinis dirgiklis.
Šviesa vietoj garso
Pasak tyrimo autorių, idėja kilo atsispyrus nuo fizikinio garso pagrindo: garsas iš esmės yra vibracija. Jei vibraciją galima sukurti ne garso banga, o tiksliai valdomu mechaniniu judesiu, teoriškai galima sukelti panašų jutiminį atsaką ir be garso.
„Kai žmonės galvoja apie šviesą ir garsą, jie instinktyviai sieja šviesą su regėjimu, o garsą su klausa. Tačiau garsas iš esmės yra vibracija“, – sakė Guangdžou universiteto fizikas Xiaoshuai Liu.
Tyrėjai taip pat eksperimentavo su skirtingais otolitų judesio parametrais, keisdami dažnį ir amplitudę. Tokiu būdu jie galėjo imituoti ritminius dirgiklius, kuriuos patys mokslininkai apibūdino kaip savotišką „šviesos muziką“, nes judesio modeliai atitiko garsui būdingas savybes.
Kas nutiko širdžiai?
Didžiausia staigmena paaiškėjo stebint širdies darbą. Judinant otolitą, žuvies širdies ritmas pagreitėdavo: viename iš bandymų ramybės būsenos dažnis nuo maždaug 2 dūžių per sekundę padidėjo iki maždaug 2,7 dūžio per sekundę, o vėliau palaipsniui grįždavo link pradinio lygio.
Autoriai nurodė, kad tam tikrais atvejais širdies ritmas didėjo maždaug 50 proc. Kadangi optinės gaudyklės leidžia labai tiksliai valdyti poveikį, tyrėjai galėjo tikrinti, kaip skirtingi „ritmai“ veikia fiziologinį atsaką.
„Šį sumanymą įkvėpė tradicinės muzikos terapijos idėja. Jei ritminis garsas gali moduliuoti širdies ritmą, klausėme: ar tiksliai suplanuoti šviesos spinduliai galėtų sukurti šviesos muziką ir reguliuoti širdies darbą?“ – teigė Xiaoshuai Liu.
Ar tai gali virsti gydymu?
Komanda žengė dar vieną žingsnį ir sukėlė kelis vaistais indukuotus širdies ritmo sutrikimų modelius, o tuomet taikė otolitų stimuliaciją. Tyrėjai skelbė, kad lėtą ritmą turėjusioms lervoms širdies dažnis priartėjo prie normos, o kai kuriais atvejais pavyko atkurti sutrikusį širdies kamerų suderinamumą.
„Labiausiai mus nustebino tai, kad šis metodas galėjo ne tik moduliuoti širdies ritmą, bet ir padėti atkurti vaistais sukeltus patologinius ritmo sutrikimus“, – sakė Xiaoshuai Liu.
Vis dėlto patys autoriai pabrėžia, kad tai ankstyvas įrodymo principu paremtas darbas. Kol kas ne iki galo aišku, kokiais nerviniais keliais ausies dirgiklis virsta širdies ritmo pokyčiu, taip pat nežinoma, ar metodas galėtų veikti didesniuose gyvūnuose ir ar būtų pritaikomas saugiai žmogui.
Tokie tyrimai papildo vis augančią neurofiziologijos ir biofizikos kryptį, kurioje ieškoma itin tikslių, mažai invazinių būdų valdyti nervų sistemos signalus. Praktinės medicininės taikomosios galimybės gali atsirasti tik po ilgo papildomų bandymų ir saugumo vertinimų, tačiau pati idėja jau dabar atveria netikėtą sąsają tarp klausos mechanikos ir širdies reguliacijos.
