W najnowszym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature, naukowcy opracowali nieinwazyjny optogenetyczny i nadający się do noszenia stymulator serca do dokładnej i specyficznej kontroli rytmu serca dla ≤900 uderzeń na minutę (bpm), możliwy dzięki uprzęży mikrowyświetlacza (LED) i systemowemu dostarczaniu channelrhodopsin. W badaniach odnotowano wzrost częstości akcji serca w wyniku lęku. Jednak to, czy tachykardia może być wynikiem lęku, nie jest jasne. Zespół wcześniej donosił, że ChRmine ułatwił nieinwazyjną neurologiczną modulację głębokich obwodów czaszkowych, podnosząc możliwości optogenetycznej kontroli tkanek serca u ludzi. W obecnym badaniu badacze opracowali stymulator do nieinwazyjnej optogenetycznej kontroli poszczególnych rytmów serca podczas zachowań typu aktywnego. Zbadano aktywność w całym mózgu i przeprowadzono analizy elektrofizjologiczne w celu zidentyfikowania regionów mózgu aktywowanych przez narzucone optogenetyczne rytmy serca. Ekspresja ograniczona do kardiomiocytów została osiągnięta przez umieszczenie ChRmine pod kontrolą promotora sercowo-naczyniowej troponiny T (mTNT), wykorzystując serologiczny typ AAV9. Zwierzęta typu dzikiego zostały wykorzystane do zbadania, czy systemowe dostarczenie ChRmine pozwoli na nieinwazyjną optogenetyczną kontrolę rytmów serca. Mikro-LED o długości fali 591,0 nm została zamontowana na kamizelkach z tkaniny, aby dostarczyć światło do skóry ściany klatki piersiowej. Aby zbadać, czy rytmy serca narzucone przez stymulator serca mogą wpływać na zachowanie, przerywany częstoskurcz komorowy o częstości 900 uderzeń na minutę przez 500 ms w odstępach co 1500 ms był wywoływany optogenetycznie, aby symulować niezrównoważone arytmie wywołane stresem. Przeprowadzono testy Real-time place-preference (RTPP), aby ocenić awersyjny lub apetyczny wpływ optogenetycznej stymulacji serca, a także testy elevated plus maze (EPM), aby ocenić zachowanie związane z lękiem. Ponadto zespół badał, czy wzrost zachowań związanych z lękiem w zależności od kontekstu będzie obserwowany podczas klasycznych zadań operacyjnych przy użyciu zmodyfikowanych zadań konfliktowych Vogela. Gotowość myszy z ograniczeniem wody do poszukiwania nagród w postaci wody, chociaż nagrody były związane z ryzykiem szoku. Transgeniczne myszy TRAP2, zawierające neurony z podwyższoną ekspresją Fos, które można oznakować markerem aktywacji neuronalnej tdTomato, zostały wykorzystane do badań przesiewowych całego mózgu. Eksperymenty elektrofizjologiczne in vivo przeprowadzono na obudzonych zwierzętach w celu oceny dynamiki neuronalnej narzuconej przez optogenetyczną kontrolę kardiologiczną na poziomie pojedynczego neuronu. Ponadto, przeprowadzono optogenetyczną inhibicję serca, wykorzystując stymulowaną niebieskim światłem inhibicyjną channelrhodopsin iC++, aby zbadać, czy mechanizmy generujące lęk mogą być modulowane w celu wpływania na zachowanie. Optycznie indukowany przerywany częstoskurcz komorowy silnie zwiększał zachowania związane z lękiem, szczególnie w kontekstach typu ryzykownego, wskazując na zaangażowanie mózgu (centralnego) i ciała (obwodowego) w rozwój emocjonalny. Tylny obszar kory wyspy (pIC) został zidentyfikowany jako prawdopodobny regulator przetwarzania interoceptywnego serca typu bottom-up, którego optogenetyczna blokada tłumiła zachowania związane z lękiem, początkowo indukowane przez optogenetyczną stymulację układu krążenia. Zakażenie kardiomiocytów AAV9-mTNT::ChRmine-2A-oScarlet powodowało skurcze aktywowane światłem o natężeniu promieniowania 0,10 mW na mm2. Retro-orbitalne iniekcje AAV9 doprowadziły do ograniczonej, ale jednorodnej ekspresji ChRmine w kardiomiocytach, bez ekspresji poza celem w innych komórkach serca, takich jak fibroblasty, zwoje neuronalne i inne organy. Połączenie podejścia molekularnego z dostępnymi urządzeniami elektronicznymi ułatwiło trwałą i nieinwazyjną stymulację serca w ustalonych rytmach odpowiednich do oceny zachowania u swobodnie poruszających się myszy. W teście EPM myszy wykazywały ograniczoną eksplorację otwartych (odsłoniętych) ramion aparatu po stymulacji optycznej. Po wprowadzeniu wstrząsów, myszy poddane stymulacji optycznej tłumiły lub znosiły poszukiwanie wody, przy jednoczesnym wzroście lęku. Stymulacja optyczna zwiększała poziom rybonukleinowego kwasu posłankowego (mRNA) Fos w pIC i pniu mózgu, szczególnie w neuronach czuciowych jądra solnego (nucleus tractus solitarius) i komórkach neuronów noradrenergicznych locus coeruleus, związanych ze stresem i pobudzeniem. Stymulacja optogenetyczna aktywowała pIC, którego blokada sama w sobie była niewystarczająca do wywołania anksjolizy. Przerywana stymulacja serca o częstotliwości 660,0 uderzeń na minutę nie prowadziła do zachowań lękowych, wskazując, że istotna była zmieniona częstotliwość, a nie zewnętrzny charakter czasu skurczów serca. Tłumienie zachowań anksjogennych podczas optogenetycznego hamowania pIC wskazywało na swobodne zaangażowanie obszaru wyspowego w asymilację sensorycznych danych kardiologicznych z kontekstualną oceną ryzyka środowiskowego zaangażowanego w generowanie wzorców zachowań adaptacyjnych. Odkrycia wskazały na zaangażowanie insuli w ocenę konsumpcyjnych i interoceptywnych stanów wewnętrznych dla instruowania odpowiednich reakcji związanych z zachowaniem. Wyniki wskazują, że specyficzne dla komórki, czasowo dokładne i nieinwazyjne perturbacje fizjologii narządów są możliwe u ssaków. Opracowana metoda, nie wymagająca specjalnych zabiegów chirurgicznych ani optoelektronicznych, może być zastosowana do różnych fizjologicznych układów narządów w ludzkim ciele, otwierając nowe możliwości badania skomplikowanych mechanizmów zdrowia i choroby. Ogólnie rzecz biorąc, wyniki badania wykazały, że obwodowe i centralne ścieżki muszą być wyjaśnione, aby poprawić zrozumienie emocji i pochodzenia zachowania.