Cea mai puternică dintre acestea este o metodă numită optogenetică, care le permite cercetătorilor să activeze sau să dezactiveze populații de neuroni înrudiți la o scară temporală de milisecundă cu milisecundă cu ajutorul unor impulsuri de lumină laser. O altă metodă dezvoltată recent, numită chimiogenetică, utilizează proteine modificate care sunt activate de medicamente de design și care pot fi direcționate către tipuri specifice de celule.

Deși puternice, ambele metode au dezavantaje. Optogenetica este invazivă, necesitând inserarea de fibre optice care livrează impulsurile de lumină în creier și, în plus, măsura în care lumina pătrunde în țesutul dens al creierului este foarte limitată. Abordările chimiogenetice depășesc aceste două limitări, dar induc de obicei reacții biochimice care durează câteva secunde pentru a activa celulele nervoase.

Noua tehnică, dezvoltată în laboratorul lui Ali Güler de la Universitatea Virginia din Charlottesville și descrisă într-o publicație online în avans în revista Nature Neuroscience, nu numai că nu este invazivă, dar poate activa neuronii rapid și reversibil. Mai multe studii anterioare au arătat că proteinele celulelor nervoase care sunt activate de căldură și presiune mecanică pot fi modificate genetic astfel încât să devină sensibile la undele radio și la câmpurile magnetice, prin atașarea lor la o proteină care stochează fierul, numită feritină, sau la particule paramagnetice anorganice. Aceste metode reprezintă un progres important - de exemplu, ele au fost deja folosite pentru a regla nivelul de glucoză din sânge la șoareci - dar implică mai multe componente care trebuie introduse separat.

Noua tehnică se bazează pe aceste lucrări anterioare și se bazează pe o proteină numită TRPV4, care este sensibilă atât la temperatură, cât și la forțele de întindere. Acești stimuli îi deschid porul central, permițând curentului electric să treacă prin membrana celulară; acest lucru evocă impulsuri nervoase care călătoresc în măduva spinării și apoi până la creier.Güler și colegii săi s-au gândit că forțele de cuplu magnetic (sau de rotație) ar putea activa TRPV4 prin deschiderea porului său central, așa că au folosit ingineria genetică pentru a fuziona proteina cu regiunea paramagnetică a feritinei, împreună cu secvențe scurte de ADN care semnalează celulelor să transporte proteinele către membrana celulei nervoase și să le introducă în aceasta.

Atunci când au introdus această construcție genetică în celule de rinichi embrionar uman care creșteau în vase Petri, celulele au sintetizat proteina "Magneto" și au introdus-o în membrana lor. Aplicarea unui câmp magnetic a activat proteina TRPV1 modificată, așa cum a fost evidențiat prin creșteri tranzitorii ale concentrației ionilor de calciu în interiorul celulelor, care au fost detectate cu ajutorul unui microscop cu fluorescență. În continuare, cercetătorii au inserat secvența de ADN Magneto în genomul unui virus, împreună cu gena care codifică proteina fluorescentă verde și secvențe de ADN de reglementare care fac ca structura să fie exprimată doar în anumite tipuri de neuroni. Apoi au injectat virusul în creierul șoarecilor, vizând cortexul entorinal, și au disecat creierul animalelor pentru a identifica celulele care emiteau fluorescență verde. Folosind microelectrozi, ei au arătat apoi că aplicarea unui câmp magnetic pe feliile de creier a activat Magneto, astfel încât celulele să producă impulsuri nervoase.

Pentru a determina dacă Magneto poate fi folosit pentru a manipula activitatea neuronală la animale vii, ei au injectat Magneto în larve de pește zebră, vizând neuronii din trunchi și coadă care controlează în mod normal un răspuns de evadare. Apoi au plasat larvele de pește zebră într-un acvariu magnetizat special construit și au constatat că expunerea la un câmp magnetic a indus manevre de înfășurare similare cu cele care apar în timpul răspunsului de evadare. (Acest experiment a implicat un total de nouă larve de pește zebră, iar analizele ulterioare au arătat că fiecare larvă conținea aproximativ 5 neuroni care exprimau Magneto).

Într-un ultim experiment, cercetătorii au injectat Magneto în striatum-ul șoarecilor care se comportă liber, o structură cerebrală profundă care conține neuroni producători de dopamină, implicați în recompensă și motivație, și apoi au plasat animalele într-un aparat împărțit în secțiuni magnetizate și nemagnetizate. Șoarecii care exprimă Magneto au petrecut mult mai mult timp în zonele magnetizate decât șoarecii care nu au fost magnetizați, deoarece activarea proteinei a făcut ca neuronii striatali care o exprimă să elibereze dopamină, astfel încât șoarecii au considerat că prezența în acele zone este recompensatoare. Acest lucru arată că Magneto poate controla de la distanță declanșarea de neuroni în profunzimea creierului și, de asemenea, poate controla comportamente complexe.

"Magnetogenetica" este, prin urmare, o completare importantă a setului de instrumente al neuroștiințelor, care va fi, fără îndoială, dezvoltată în continuare și va oferi cercetătorilor noi modalități de a studia dezvoltarea și funcționarea creierului.