인간은 살아 남기 위해 날씨 등 자연현상에 관심 갖지 않을 수 없었고,
그 자연 흐름에 대한 나름의 해석을 천문, 풍수 지리 등의 이름으로 기록하게 되었는데...
두리뭉실 동양에 비해 실용화에 보다 적극+논리적인 서양이
그 역동적인 '움직임(kinetic)'의 흐름'에(* 활기, 균형, 예 1, 2, 3, 4) 대하여,
1. 드나드는 재물을 장부에 기록하듯, 경험 및 실험 결과들의 '직관적 극한'을 수식화하고
2. 그 연관성을 찾아내고
3. simulation하는(수학적 표현을 빌리면 대응 현상에 대한 isomorphic 모델링, 예: 1, 2) 게 수학, 물리라 불리는 학문...되처먹지 않은 인간들이 지들만의 독재 영역 형성 간판 내걸며 개판된 세상에서 근본 지킨 파인만의 생각 흐름에 따라 정리해 본다

4. '기 뭉치 표현'에 따라

(1) 정지 질량의 경우
충돌에 의한 전달 묘사한 운동량, 에너지 보존 법칙 등
* 질량: 등속 운동계에서도 변함없는 'solid' structure '크기'(measure) => 자가 줄어드니 상대적으로 질량이 늘어남.
① 뉴튼 운동법칙과 유사한 전기 법칙, $V=L\frac{dI}{dt}=L\frac{d^2q}{dt^2}, V=> F, q=>x, L => m$
② 질량 $m$에 해당되는 인덕턴스 $L$이 순전히 기하적 구조로 결정된다는 거(* 운동량은 구조와 구조의 스침?)

(2) 아닌 경우, 흐름(* 운동상태에서만 질량 갖는 빛 입자)
밀도 변화를 묘사한 파동방정식, heat equation, 슈뢰딩거 방정식 등

(3) 그 경계, 질량과 흐름의 interaction
두리뭉실한 '말' 설명 ⇨ 충돌1, 움직임

5. 수학과 물리의 관계
물리는 살, 수학은 뼈대(2022.5.21)로 인간의 개념폭을 넓혀주는 쌍끌이
물리 현상을 figuratively, geometrically, quantitatively, 'mathematical projection'으로(열 제2법칙) 기술함으로 내포하는 관찰할 수 없는 것들을 예측/발견하게(* Planck 상수) 되었고 기술 공식화는 수학 발전에 기여
① 디랙 델타 함수 ⇨ generalized 함수, ② harmonic 방정식으로부터 random walk 계산, ③ 소리에서 전자파동 방정식, 에테르 그리고 $E=mc^2$
(1) 물리 법칙: $\lim_{상상력\to \infty}{실험+관찰}$(직관적 극한의 수식화), 시조는 $\lim_{마찰\to 0}$로 관성법칙 만든 갈릴레이
 그 뒤 ideal gas, 파동 방정식⇨ 빛⇨ 에테르⇨ $E=mc^2$, $\lim_{reversible}$= universal 온도 등

(2) Structure 보존 법칙: local에 치중한 물리가 놓친, 고전과 양자 역학을 연결해주는 missing link(global)
Poincaré-Hopf 정리. Let $M$ be a compact closed surface and $v : M \rightarrow TM$ a smooth vector field with isolated zeros. The sum of the indices at the zeros equals the Euler characteristic of $M$.

① 지구가 물로 덮여 있고 아무런 파문 없는 상태에서 어디선가 물 방울 하나가 떨어졌다고 가정하자
그 파문은 vector field를 형성할 것이고 위 정리에 의해 지구의 오일러 넘버는 2이니, 일단 생긴 벡터장은 사라지지 않을 뿐만 아니라 어떤 변화가 가해질 경우 오일러 넘버를 유지하기 위해 상쇄시키는 다른 변화가 생겨야 한다는 것이다, 소멸 거부 내지 현상 유지하려는 생명체처럼.
정리를 상황에 맞추어 이와 같은 맥락의 풀이를 하면,
② 렌즈 법칙, Coriolis force, 작용 반작용, 인과응보, zero sum 원리 및 면역시스템을 포괄적으로 설명할 수 있으니 structure 보존 법칙이라 이른다 - 2023.4.27

Bernard was right. The germ is nothing, the terrain is everything - 파스퇴르

* 포앙카레-호프의 정리, 피타고라스 정리 등에 constraint 존재를 고려하면, 벌집 형성, crystal structure 등도 constraint에 의해 결정되는 것이 아닌가 한다. 수학이 아닌 다른 수단, 기하학적 내지 이집트 벽화의 상형적 표현이 필요한 건지(2022.2.5)

* 미래를 볼 수 있는가?
현재가 과거에 영향 받는다는 거, 뭐 당연한 거지만... 과거 언급 부분 past1, past2. 시간 포함한 3차원에 structure 보존 법칙이 존재한다면? 세상이 일방통행이지만 않은 것처럼 미래가 현재에 영향 가능.

6. 파인만의 생각 흐름... Try to think like Feynman

(1) 형식 등 인위적인 것에 얽매이지 마라
Interference(간섭)과 Diffraction(회절)의 차이: question of usage

(2) 수학적 논리에 집착하지 마라 - 구체적 직관적 vs 추상적
① 수학의 문제점, 증명이 아니라 연관성 아는 것이 중요, 구체적 그림이 성공의 길
② 인간 논리와 자연이 항상 부합하는 건 아니다
③ in a reasonable but erroneous way, somewhat subtle...by a simple argument, 열(mobility) 전도 증명 과정 중
④ 과학의 참맛은 법칙이 당연하다는 것을 발견하는 거, 파동방정식 => 작용 반작용

(3) high-level repeats low-level: low-level 현상은 복잡한 구조의 high-level에서도 나타난다
역사는 되풀이 된다... . 금속에 빛을 쫒이면 전자가 튀어나오는 현상은 노화현상의 low-level 현상, 다시 말해서 전자나 우주선에 의해 인체가 서서히 망가지는 반면 자동차와 충돌은 급 망가지는 거...
① This self-reproducing factor of Newton’s laws is thus really not a fundamental feature of nature, but is an important historical feature... 뉴튼의 제2법칙에 대하여
양자역학이 고전(경험)역학과 다르다는 파인만 의견은 틀렸다. '역사는 되풀이한다'라는 격언처럼, 모든 것은 self-reproduce하고 지표 정리(Poincaré-Hopf, 아래)를 모르고 한 소리.
② a strange thing occurs again and again
③ 다른 상황임에도 같은 법칙, 예: 경제, 사회현상에 적용될 수 있는 $\Delta U= \Delta Q - P\Delta V$

(4) 꿈보다 해몽: 법칙, 공식 등 수식은 정지된, 즉 죽은 표현인 반면에 물리현상은 역동적 살아있기에
① 고전(경험) 물리 결과를 확률적 측면으로 본다 => Boltzmann’s law의 상대적 해석
② Potential, kinetic energy를 타고난 것과 노력으로 대응
③ 질병 격발 frequency(2022.2.6)
바이러스 이론이 딥스가 만든 엉터리란 것이 밝혀짐으로써, 새로운 이론이 필요....
적절한 환경이 구축되고 그 발병 격발은 전파의 역할, 그리고 감염은 감염자로부터 방사되는 질병 고유 frequency(=격발 주파수) transmission에 의한 것. 예: low-level, 5G+graphene hydroxide => 마버그, high-level, 개돼지 팬데믹

④ good enough approximation... fudging
MRI, 피아노 조율, 렌즈 만들기
더 나아가 envelope 개념 확장, 벡터 공간을 추상적으로 확장한 것과는 좀 다르지만.

(5) Local approximate ananlysis vs Abstract axiom: 직관에 의존한 이론에 대한 확실성 체크, generalization(예: independence of substance) => 실제 응용에 필요한 coefficient들은 물론 온도, entropy와 같은 개념 확립
① Local analysis, atom 운동을 Newton의 제2법칙 $F=\frac{dmv}{dt}$로 분석한 kinetic theory(기체분자 운동론) vs Thermodynamics(열역학) 제1법칙+ Carnot의 insight(열역학 제2법칙):
출발이 다른 universal 온도 정의!
② independent of design of an engine
③ Boltzmann’s constant k and, Avogadro number N₀

평균(Average), 무게 중심(center of mass): 기체 등 집단적 움직임
1. 기체 분자 압력과 kinetic 에너지,  기체 분자 압력과 kinetic 에너지2
2. quantum number 평균,  quantum number 평균2
* adiabatic 어원 및 그 의미,   average 중요성

일대일 대응 전환(One2one & onto): 답을 직접적으로 구하기 어렵거나 불가능한 때의 우회적 수단
Galois가 5차 방정식의 일반적 radical solution이 존재할 수 없다는 걸 증명하기 위해 그룹과 필드 사이의 one to one& onto를 사용했듯...

1. 정지, 등속 좌표계 사이의 전환(갈릴레이 상대성 공리): , 예: 1, 2, 3

2. Fourier 전환, 속도와 에너지 관계

일반화: 특례로부터 얻은 intrinsic 성질들을 일반 공리화
1. 드브로이 물질파
2. 유클리드 공간(Euclidean space)의 벡터를 스테이트 벡터(state vector)로
3. 에테르에 대한 지구 속도 측정 불가능을 모든 현상에로의 일반화한 상대성 원리
4. double-slit experiment, Schrödinger equation, Dirac equation 등 주로 전자들만의 연구 결과들 바탕으로 양자 역학 이론 전개
5. 비교: 다르지만, 이상 기체에서 얻은 식을 일반적인 엔트로피로 정의

6. 포텐셜 에너지의 일반화? Topological 에너지(* 하모닉 진동의 stored 에너지, 2021.7.1)
① 포텐셜 에너지와 기체 분포: 고정된 포텐셜 경우 => 포텐셜과 분포 관계가 dynamic 경우로
② 혼합 기체, 퀀텀 넘버
③ A toplogical view of a molecule along free electrons trajectories

7. In the usual way(2021.11.21)

boson 속성
1. 어리석은 대중(The presence of the other particles increases the probability of getting one more)
2. morphic resonance

Some proofs
Poynting, 선형 미방의 independent solutions, phase, group velocity

III. 파인만 강의 I(2022.9.13-) 요약
주요 개념: 질량중심, frictionless, reversible, relative
$\lim_{마찰\to 0}$=관성법칙, 역행가능도 현실 불가능 하지만 경제학의 zero sum과 통하는 '움직임'의 흐름 보존 법칙; '상대'라는 건 영화 단골 대사, '다른 사람들이 어떻게 생각하느냐'+ 꿰맞추려는 조작... ⇨ 에너지=질량. 자연현상을 꿰뚫은 인간의 이성논리

1. 관성법칙 ⇨ 운동량 변화 ⇨ 뉴튼의 제2 운동법칙 + 미적분

(1) 갈릴레이의 관성 실험에 대한 뉴튼의 생각 발전
뭔가 가해져야 운동이 바뀐다 => 그걸 힘이라고 하고 => 그 양 표현은? => 물질의 움직임을 양으로 표현하고 그 차이를 힘 => 생활 경험상 크고 무거운 것, 빠르게 움직이는 것에 힘이 더 들어가고 => 그래서 나온 게 운동량($p$)=질량($m$)$\times$속도($v$), $\Delta p= F$^*로 정의 => 단발성, 즉 discrete concept이 먼저나왔고, 기체가 튀기는 경우 같은... 그리고 연속의 경우 $\Delta p= F\Delta t$
① ^*넓이=가로$\times$세로에서 가로 세로처럼, 운동량 보전 법칙에 의해 질량과 속도는 sort of interchangeable 적어도 크기면에서는. 아인슈타인이 질량에 수정을 가한 것이 납득할 만하다. 물론 질량=가로$\times$세로$\times$밀도에서 가로에 로렌쯔 축소를 적용하면 되지만서도.
② 이런 생각흐름의 다른 예

(2) discrete와 continuous: 물질은 discrete, 움직임은 continuous
뉴튼은, 거북이와의 경주에 대한 제논의 역설 등을 설명하기 위해 instantaneous change+ limit 개념을 도입함으로써, discrete 것을 abstract continuous 것으로 전환, 더 나아가 미적분을 고안/발전시켰다.
이러한 뉴튼의 생각흐름에 따르면, 파동방정식이란 주변입자들과의 끈끈한 움직임을 연속함수로 표현한 것.
이웃하는 개개의 모임을 다루다 보니 연속성을 보이고 그 움직임이 물결같아 파동이라 부르는 건데, 파동이니 입자니 굳이 구분하려고 하는 거는 연속 개념을 만들고 그에 빠진 거.

2. 소리 방정식 ⇨ 에테르 ⇨ 로렌쯔 축소식 ⇨ $E=mc^2$
(1) 사람들이 뉴튼 운동법칙으로부터 sound 파동 방정식을 유도했어. 그러다
(2) 전자기 연구를 하던 맥스웰이 그 파동 방정식과 같은 걸 발견하고 그 해로서 '전자기파' 존재 예측. 그 예측은 실험으로 입증되어, 소리처럼 전달 매질이 존재할 거라는 가정하에 그걸 '에테르'라 명명.
(3) 그런데, 빛과 지구 속도에 대한 마이켈슨과 몰리 실험으로부터 에테르에 대한 지구의 상대 속도가 '0'이 나오는 거야. 그걸 설명하기 위해 로렌쯔가 갈릴레이/뉴튼 상대론의 전환식에 대한 수정을 제안했어.
(4) 그 당시 상황을 얘기하면, 200년 동안 물리학을 지배한 뉴튼 역학과 몇십년 밖에 안 된 맥스웰 방정식이 상대론에서 서로 충돌한 상태로 있었어. 등속도 시스템에서의 물리법칙은 정지 시스템과 같아야 한다는. 수학적으로 뉴튼의 전환식에 invariant해야 한다는 건데, 맥스웰 방정식이 뉴튼의 그 간단한 전환식에 변하거든...
그런 모순을 안고 있었는데 마이켈슨-몰리 실험결과가 나오자 로렌쯔는 뉴튼의 전환식을 과감하게 버리고 맥스웰 방정식을 불변하게 만드는 전환식을 발견한거지.
장강의 뒷물결이 앞물결을 밀어내는 격이었겠지, 로렌쯔 전환식이 너무 인위적인 것 같아 받아들이기 어려웠지만, 실험결과에 맞고 다른 대안이 없는 걸 어떡해... 그냥저냥 세월이 흘렀는데...18 년뒤에
(5) 아인슈타인이 그걸 받아 뉴튼의 2차법칙에 수정을 가하면서, 질량과 에너지의 숨겨진 연관성, $E=mc^2$을 발견한 후, ① 에테르 개념은 dismissed, 내버리기로 하고 ② 수정된 뉴튼 방정식이 로렌쯔 변환에 불변하니 모든 물리법칙은 로렌쯔 전환에 불변해야 한다는 원칙을 세운 거야.

3. 등속 운동계와 정지계: 상대성 원리(axiom), 마이켈슨 몰리 실험 그리고 현상 인식
(1) 수학적으로는 모든 수식 형태가 로렌쯔 전환에 invariant, 물리적으로는 모든 현상이 같다는 거
(2) 힘이 가해져 정지계가 등속 운동을 하게 되고 시간이 지나면, 모든 물리 현상이 같기 때문에 자신의 세계가 움직이고 있는 등 변화 자체를 인식할 수 없다는 거, 주변 상황이 전과 동일하니까.
만약 식물 성장이 달라졌다든가하는 현상을 관찰된다면 그 세계가 움직이고 있다든가 뭔가 변화가 생겼다는 것을 단정할 수 있다는 거다. 왜냐면 식물 성장 또한 물리현상이고 인간과 식물의 상관관계가 같아야 하니까.
(3) 정지계와 로렌쯔 변환 등속 운동계는 서로를 볼 수 없으면 자신 상태를 모를 뿐만 아니라 실제 스치고 지나며 본다고 하더라도 자신계가 움직이는 건지 저쪽이 움직이는 건지 판단할 수 없다는 거.

4. 빛 성질에 대한 axiom(공리) 발전상 ... path-integral
① 관찰 ⇨ reflection, 입사각=반사각; refraction, 매질이 다른 곳을 통과할 때의 꺾임에 대한 Snell’s law 등이 나왔고. 이를 설명하기 위해 제안된 게
② 페르마의 최소시간 공리로 그 관찰결과들 설명 가능. 그런데,
③ 파인만의 생각은 도대체 어떻게 빛은 최소 시간 걸리는 길을 아느냐는 거 ⇨ 최소 길의 주변을 smell, 즉 킁킁 거리며 체크한다는 거냐? 일단 그렇다하고 ⇨ 양자 역학적 설명을 슬쩍 귀뜀을 한다... 빛은 모든 길을 택하는데, 페이스 차이의 상쇄 효과로 인해 최소 시간 걸리는 path만이 두드러진다는 것. 거기에
④ 전자기장이 '0'이란 건 그 점에서의 모든 전자기장 합이 서로 상쇄되는 거라는 걸 들으니 path-integral이 떠오르고 세상은 전자기장들의 조화, 홀로그래픽이라는 얘기가 그럴 듯.

5. Ch. 28-33, 전자기장을 $e^{i(\omega t + \phi)}$으로 표현하고 모든 전자파 현상을 그 간단한 수식 '합산'으로 설명

이러한 파인만의 설명은 (1) 공리 (2) 수학적 정리 2개 그리고 (3) 기하학적 배치에 의한다.

(1) approximation이긴 하지만, 간단+핵심적 전자기장 수학적 표현을 바탕 공리로 하고, 즉
거리 $r$ 떨어진 전하로부터의 전자기장 $E$의 $x$ 성분, $E_x(t)=\frac{-q}{4\pi\epsilon_0 c^2r}\,a_x \Bigl(t-\frac{r}{c}\Bigr)$,
$a_x$는 'plane of sight'에 투사된 전자의 $x$ 방향 가속도.
* 유도 과정은 I, Ch. 28-2, II, Ch. 21

(2) $a_x$가, 다음 2 정리들에 의해, $e^{i(\omega t + \phi)}$들의 linear combination으로 표현된다는 걸 적용하여
 ① linear 맥스웰 방정식의 superposition과
 ② 물리적 함수는 sine, cosine 급수로 표현 가능

(3) 전자파원, 전자들의 기하학적 배치에 따라 계산한 거
  굴절, 벡터성, interference/diffraction, 불투명성, 전자총 등을.

6. Ch. 34, 도플러 효과+움직이는 광원으로부터의 빛 자극... 드러난 파동설의 문제점
사이클론 도는 전자가 발하는 빛 색깔 변화를 파장만으로 설명하는 것이 자연스럽지 못하고 비꺼덕...
파인만은 effective 파장이라는 신조어로 얼렁뚱땅, 도플러 설명에서 '핍', '핍' 박동 언급 ⇨ 빛 입자설로 구렁이 담 넘어가듯 넘어갔는데, 정리하면
(1) 빛 에너지, 즉 영향력은 인텐시티 제곱인 게 충분히 납득되었을 터이고
(2) 사이크론 경우, 20미터 파장으로 생각했던 빛이 광원 가속도가 붙어 인텐시티가 급격하게 커지며 가시광선으로 변하니 'effective' 파장 운운하며 파이만은 얼버무렸는데...
(3) 인텐시티+ 가속도... ⇨ 뭔가 더 빨리 도달+자극준다는 걸 고려할 수 밖에 없었을 터...
도플러 효과에서 '핍', '핍' 박동으로 생각-전환 ⇨ discrete의 양자역학
* 다시 한번, 실험+경험적 사실들 모순없이 연결하는 것이 학문 연구

7. 모든 건, 방향과 운동량/에너지
4-벡터, $(p, E)$, $(k, \omega)$

Definition
antenna(electric dipole oscillator), dipole; emf;
equilibrium: everywhere same 움직임, quantitatively same kinetic energy, 즉 structure(질량)들의 움직임이 같다 <= center of mass, inductance와 주변 온도.
intensity(why?), mole, natural frequency; scattering, voltage, wave number, wave vector,

* 파인만의 업적: 깨달음 공유 및 발전
파인만은 노벨 물리학상을 받았다.
사람들은 상을 받게 된 Feynman diagram을 그의 최고 업적으로 생각하는데, 파인만은 '나의 최고 작품은 Caltech 1-2학년 학부생 상대로 한 강의(The Feynman Lectures on Physics, 1962년 즈음)'라고 했단다....
약 200명 정도 학생들로 시작하였고, 점점 줄어 약 5-60명 정도만 남았음에도 강의실 사람 수가 줄지 않았는데, 알고 보니 대학원생과 교수들이 청강하고 있었다는 그 강의.

절대적으로 동의한다.
물리 현상에 대한 파인만의 탁월한 감각, 날 것 그대로 보여줌으로써, 새로운 아이디어를 일깨워 주기 때문이다. 그건 다른 물리학, 아니 그 어떤 강의에서도 들을 수 없다. => 유연한 생각들

Neurophilosophy Science
Genetically engineered 'Magneto' protein remotely controls brain and behaviour

“Badass” new method uses a magnetised protein to activate brain cells rapidly, reversibly, and non-invasively

Thu 24 Mar 2016 14.30 GMT

Researchers in the United States have developed a new method for controlling the brain circuits associated with complex animal behaviours, using genetic engineering to create a magnetised protein that activates specific groups of nerve cells from a distance.

Understanding how the brain generates behaviour is one of the ultimate goals of neuroscience – and one of its most difficult questions. In recent years, researchers have developed a number of methods that enable them to remotely control specified groups of neurons and to probe the workings of neuronal circuits.

The most powerful of these is a method called optogenetics, which enables researchers to switch populations of related neurons on or off on a millisecond-by-millisecond timescale with pulses of laser light. Another recently developed method, called chemogenetics, uses engineered proteins that are activated by designer drugs and can be targeted to specific cell types.

Although powerful, both of these methods have drawbacks. Optogenetics is invasive, requiring insertion of optical fibres that deliver the light pulses into the brain and, furthermore, the extent to which the light penetrates the dense brain tissue is severely limited. Chemogenetic approaches overcome both of these limitations, but typically induce biochemical reactions that take several seconds to activate nerve cells.

Remote control of brain activity with heated nanoparticles

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The new technique, developed in Ali Güler’s lab at the University of Virginia in Charlottesville, and described in an advance online publication in the journal Nature Neuroscience, is not only non-invasive, but can also activate neurons rapidly and reversibly.

Several earlier studies have shown that nerve cell proteins which are activated by heat and mechanical pressure can be genetically engineered so that they become sensitive to radio waves and magnetic fields., by attaching them to an iron-storing protein called ferritin, or to inorganic paramagnetic particles. These methods represent an important advance – they have, for example, already been used to regulate blood glucose levels in mice – but involve multiple components which have to be introduced separately.

The new technique builds on this earlier work, and is based on a protein called TRPV4, which is sensitive to both temperature and stretching forces. These stimuli open its central pore, allowing electrical current to flow through the cell membrane; this evokes nervous impulses that travel into the spinal cord and then up to the brain.

Güler and his colleagues reasoned that magnetic torque (or rotating) forces might activate TRPV4 by tugging open its central pore, and so they used genetic engineering to fuse the protein to the paramagnetic region of ferritin, together with short DNA sequences that signal cells to transport proteins to the nerve cell membrane and insert them into it.

In vivo manipulation of zebrafish behavior using Magneto. Zebrafish larvae exhibit coiling behaviour in response to localized magnetic fields. From Wheeler et al (2016).

When they introduced this genetic construct into human embryonic kidney cells growing in Petri dishes, the cells synthesized the ‘Magneto’ protein and inserted it into their membrane. Application of a magnetic field activated the engineered TRPV1 protein, as evidenced by transient increases in calcium ion concentration within the cells, which were detected with a fluorescence microscope.

Next, the researchers inserted the Magneto DNA sequence into the genome of a virus, together with the gene encoding green fluorescent protein, and regulatory DNA sequences that cause the construct to be expressed only in specified types of neurons. They then injected the virus into the brains of mice, targeting the entorhinal cortex, and dissected the animals’ brains to identify the cells that emitted green fluorescence. Using microelectrodes, they then showed that applying a magnetic field to the brain slices activated Magneto so that the cells produce nervous impulses.

To determine whether Magneto can be used to manipulate neuronal activity in live animals, they injected Magneto into zebrafish larvae, targeting neurons in the trunk and tail that normally control an escape response. They then placed the zebrafish larvae into a specially-built magnetised aquarium, and found that exposure to a magnetic field induced coiling manouvres similar to those that occur during the escape response. (This experiment involved a total of nine zebrafish larvae, and subsequent analyses revealed that each larva contained about 5 neurons expressing Magneto.)

Researchers read and write brain activity with light

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In one final experiment, the researchers injected Magneto into the striatum of freely behaving mice, a deep brain structure containing dopamine-producing neurons that are involved in reward and motivation, and then placed the animals into an apparatus split into magnetised a non-magnetised sections. Mice expressing Magneto spent far more time in the magnetised areas than mice that did not, because activation of the protein caused the striatal neurons expressing it to release dopamine, so that the mice found being in those areas rewarding. This shows that Magneto can remotely control the firing of neurons deep within the brain, and also control complex behaviours.

Neuroscientist Steve Ramirez of Harvard University, who uses optogenetics to manipulate memories in the brains of mice, says the study is “badass”.

“Previous attempts [using magnets to control neuronal activity] needed multiple components for the system to work – injecting magnetic particles, injecting a virus that expresses a heat-sensitive channel, [or] head-fixing the animal so that a coil could induce changes in magnetism,” he explains. “The problem with having a multi-component system is that there’s so much room for each individual piece to break down.”

“This system is a single, elegant virus that can be injected anywhere in the brain, which makes it technically easier and less likely for moving bells and whistles to break down,” he adds, “and their behavioral equipment was cleverly designed to contain magnets where appropriate so that the animals could be freely moving around.”

‘Magnetogenetics’ is therefore an important addition to neuroscientists’ tool box, which will undoubtedly be developed further, and provide researchers with new ways of studying brain development and function.

Reference

Wheeler, M. A., et al. (2016). Genetically targeted magnetic control of the nervous system. Nat. Neurosci., DOI: 10.1038/nn.4265 [Abstract]