Οι άνθρωποι είναι γοητευμένοι εδώ και χρόνια με τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Δημιουργήσαμε διαγράμματα, τον περιγράψαμε, τον ζωγραφίσαμε, τον χαρτογραφήσαμε. Όπως ακριβώς οι φυσικοί χάρτες του κόσμου μας οι οποίοι έχουν επηρεαστεί από την τεχνολογία - σκεφτείτε τους χάρτες της Google σκεφτείτε το GPS - το ίδιο ακριβώς συμβαίνει και με την χαρτογράφηση του εγκεφάλου μέσω του μετασχηματισμού.
Humans have long held a fascination for the human brain. We chart it, we've described it, we've drawn it, we've mapped it. Now just like the physical maps of our world that have been highly influenced by technology -- think Google Maps, think GPS -- the same thing is happening for brain mapping through transformation.
Ας ρίξουμε μία ματιά στον εγκέφαλο. Οι περισσότεροι άνθρωποι, μόλις βλέπουν έναν 'φρέσκο' εγκέφαλο, λένε, «Δεν μοιάζει με αυτό που βλέπεις συνήθως όταν κάποιος σου δείχνει έναν εγκέφαλο». Συνήθως, αυτό που βλέπετε είναι ένας γκρίζος στατικός εγκέφαλος. Αυτό το εξωτερικό στρώμα, είναι το αγγειακό σύστημα, το οποίο είναι απίστευτο γύρω από έναν ανθρώπινο εγκέφαλο. Αυτά είναι τα αιμοφόρα αγγεία. Είκοσι τοις εκατό από το οξυγόνο που προέρχεται από τους πνεύμονές σας, και είκοσι τοις εκατό του αίματος που αντλείται από την καρδιά σας, εξυπηρετούν μόνο αυτό το όργανο. Είναι σαν να κρατάς δύο γροθιές μαζί, είναι ελάχιστα μεγαλύτερο από δύο γροθιές.
So let's take a look at the brain. Most people, when they first look at a fresh human brain, they say, "It doesn't look what you're typically looking at when someone shows you a brain." Typically, what you're looking at is a fixed brain. It's gray. And this outer layer, this is the vasculature, which is incredible, around a human brain. This is the blood vessels. 20 percent of the oxygen coming from your lungs, 20 percent of the blood pumped from your heart, is servicing this one organ. That's basically, if you hold two fists together, it's just slightly larger than the two fists.
Οι επιστήμονες, περίπου στα τέλη του 20ου αιώνα, ανακάλυψαν πως μπορούσαν να παρακολουθήσουν τη ροή του αίματος χαρτογραφώντας μη-παρεμβατικά πού υπήρχε δραστηριότητα στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Για παράδειγμα, μπορούν να δουν στο πίσω μέρος του εγκεφάλου, το οποίο βρίσκεται κάπου εδώ. Υπάρχει η παρεγκεφαλίδα, η οποία σας κρατά όρθιους αυτή τη στιγμή. Κρατάει κι εμένα όρθιο. Συμμετέχει στην συντονισμένη κίνηση. Σε αυτή την πλευρά εδώ, βρίσκεται ο κροταφικός φλοιός. Εδώ είναι η περιοχή όπου γίνεται η πρώιμη ακουστική διαδικασία - έτσι, ακούτε τα λόγια μου, και τα στέλνετε επάνω, σε υψηλότερα κέντρα γλωσσικής επεξεργασίας. Στην πρόσθια πλευρά του εγκεφάλου είναι το τμήμα όπου συμβαίνουν όλες οι περίπλοκες σκέψεις, η λήψη αποφάσεων - είναι αυτό που ωριμάζει τελευταίο, αργά κατά την ενηλικίωση. Εδώ συμβαίνουν όλες οι διεργασίες λήψης αποφάσεων. Είναι το τμήμα από το οποίο αποφασίζετε αυτή τη στιγμή πως μάλλον δεν σκοπεύετε να παραγγείλετε μπριζόλα για το δείπνο.
Scientists, sort of at the end of the 20th century, learned that they could track blood flow to map non-invasively where activity was going on in the human brain. So for example, they can see in the back part of the brain, which is just turning around there. There's the cerebellum; that's keeping you upright right now. It's keeping me standing. It's involved in coordinated movement. On the side here, this is temporal cortex. This is the area where primary auditory processing -- so you're hearing my words, you're sending it up into higher language processing centers. Towards the front of the brain is the place in which all of the more complex thought, decision making -- it's the last to mature in late adulthood. This is where all your decision-making processes are going on. It's the place where you're deciding right now you probably aren't going to order the steak for dinner.
Έτσι λοιπόν, αν κοιτάξετε βαθύτερα στον εγκέφαλο, ένα από τα πράγματα, αν κοιτάξετε την εγκάρσια τομή, αυτό που θα δείτε είναι κάτι το οποίο δεν έχει και ιδιαίτερη δομή. Στην πραγματικότητα όμως υπάρχει πολλή δομή εδώ. Τα κύτταρα και οι νευρώνες του είναι μαζί ενωμένα. Έτσι, περίπου πριν από εκατό χρόνια, μερικοί επιστήμονες, εφηύραν μια χρωστική που θα έβαφε τα κύτταρα. Και αυτό φαίνεται εδώ, με αυτό το ανοιχτό μπλε. Μπορείτε να δείτε περιοχές όπου φυσιολογικά σώματα κυττάρων έχουν βαφτεί. Και αυτό που βλέπετε είναι πολύ ανομοιόμορφο. Βλέπετε περισσότερη δομή εκεί. Το εξωτερικό μέρος του εγκεφάλου είναι ο νεοφλοιός. Είναι, αν θέλετε, μία μονάδα όπου συμβαίνουν συνεχείς διεργασίες. Μπορείτε όμως επίσης να δείτε τα πράγματα κάτω από εκεί. Και όλες αυτές οι κενές περιοχές είναι οι περιοχές στις οποίες βρίσκονται οι νευρώνες. Έχουν πιθανότατα λιγότερη πυκνότητα κυττάρων. Υπάρχουν λοιπόν, περίπου 86 δισεκατομμύρια νευρώνες στον εγκέφαλό μας. Και όπως μπορείτε να δείτε, είναι ανομοιόμορφα κατανεμημένοι. Το πώς είναι κατανεμημένοι συμβάλλει πραγματικά στην υποκείμενη λειτουργία τους. Φυσικά, όπως προανέφερα, εφόσον μπορούμε τώρα να χαρτογραφούμε τις λειτουργίες του εγκεφάλου, μπορούμε ν' αρχίσουμε να τα συνδέουμε με μεμονωμένα κύτταρα.
So if you take a deeper look at the brain, one of the things, if you look at it in cross-section, what you can see is that you can't really see a whole lot of structure there. But there's actually a lot of structure there. It's cells and it's wires all wired together. So about a hundred years ago, some scientists invented a stain that would stain cells. And that's shown here in the the very light blue. You can see areas where neuronal cell bodies are being stained. And what you can see is it's very non-uniform. You see a lot more structure there. So the outer part of that brain is the neocortex. It's one continuous processing unit, if you will. But you can also see things underneath there as well. And all of these blank areas are the areas in which the wires are running through. They're probably less cell dense. So there's about 86 billion neurons in our brain. And as you can see, they're very non-uniformly distributed. And how they're distributed really contributes to their underlying function. And of course, as I mentioned before, since we can now start to map brain function, we can start to tie these into the individual cells.
Ας ρίξουμε λοιπόν μια βαθύτερη ματιά. Ας δούμε τους νευρώνες. Όπως προανέφερα, υπάρχουν 86 δισεκατομμύρια νευρώνες. Υπάρχουν επίσης κι αυτά τα μικρότερα κύτταρα όπως θα δείτε. Αυτά, είναι τα υποστηρικτικά κύτταρα, τα νευρογλοιακά αστροκύτταρα. Οι νευρώνες είναι αυτοί που λαμβάνουν οποιοδήποτε ερέθισμα. Το αποθηκεύουν και το επεξεργάζονται. Κάθε νευρώνας είναι συνδεδεμένος μέσω των συνάψεων με περίπου άλλους 10.000 νευρώνες στον εγκέφαλό σας. Κάθε νευρώνας είναι σε μεγάλο βαθμό μοναδικός. Ο μοναδικός χαρακτήρας των μεμονωμένων νευρώνων και των νευρώνων που αποτελούν μέρος μίας συλλογής του εγκεφάλου είναι καθοδηγούμενοι από θεμελιώδεις ιδιότητες της υποκείμενης βιοχημείας τους. Αυτές είναι πρωτεΐνες. Οι πρωτεΐνες ελέγχουν λειτουργίες όπως η κίνηση στο κανάλι των ιόντων. Ελέγχουν με ποιον θα συνεργαστούν τα κύτταρα του νευρικού συστήματος. Ελέγχουν βασικά ό,τι έχει να κάνει με το νευρικό σύστημα.
So let's take a deeper look. Let's look at neurons. So as I mentioned, there are 86 billion neurons. There are also these smaller cells as you'll see. These are support cells -- astrocytes glia. And the nerves themselves are the ones who are receiving input. They're storing it, they're processing it. Each neuron is connected via synapses to up to 10,000 other neurons in your brain. And each neuron itself is largely unique. The unique character of both individual neurons and neurons within a collection of the brain are driven by fundamental properties of their underlying biochemistry. These are proteins. They're proteins that are controlling things like ion channel movement. They're controlling who nervous system cells partner up with. And they're controlling basically everything that the nervous system has to do.
Έτσι λοιπόν, εάν πλησιάσουμε σ' ένα βαθύτερο επίπεδο, όλες αυτές οι πρωτεΐνες είναι κωδικοποιημένες από τα γονιδιώματά μας. Κάθε ένας από εμάς έχει 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων. Παίρνουμε ένα από την μαμά κι ένα από τον μπαμπά. Σε αυτά τα χρωμοσώματα είναι περίπου εικοσιπέντε χιλιάδες γονίδια. Είναι κωδικοποιημένα μέσα στο DNA. Η φύση ενός κυττάρου που καθοδηγεί την υποκείμενη βιοχημεία του, από ποια εκ των 25.000 γονιδίων είναι ενεργοποιημένα και σε ποιο επίπεδο ενεργοποιούνται.
So if we zoom in to an even deeper level, all of those proteins are encoded by our genomes. We each have 23 pairs of chromosomes. We get one from mom, one from dad. And on these chromosomes are roughly 25,000 genes. They're encoded in the DNA. And the nature of a given cell driving its underlying biochemistry is dictated by which of these 25,000 genes are turned on and at what level they're turned on.
Έτσι λοιπόν το σχέδιό μας είναι να ψάξουμε σ' αυτές τις ενδείξεις, για να καταλάβουμε ποιο από τα 25.000 γονίδια ενεργοποιείται. Έτσι λοιπόν, για ν' αναλάβουμε ένα τέτοιο σχέδιο, προφανώς χρειαζόμαστε εγκεφάλους. Στείλαμε τον εργαστηριακό τεχνικό μας έξω. Ψάχναμε για φυσιολογικούς ανθρώπινους εγκεφάλους. Αυτό με το οποίο βασικά ξεκινάμε είναι το γραφείο ενός ιατροδικαστή. Είναι ένα μέρος όπου μεταφέρονται όλοι οι νεκροί. Ψάχνουμε φυσιολογικούς ανθρώπινους εγκεφάλους. Υπάρχουν πολλά κριτήρια με τα οποία επιλέγουμε τους εγκεφάλους. Θέλουμε να σιγουρευτούμε ότι έχουμε φυσιολογικούς εγκεφάλους μεταξύ των ηλικιών από 20 ως 60, που πέθαναν από φυσικά αίτια χωρίς εγκεφαλικό τραυματισμό, χωρίς ιστορικό ψυχιατρικών ασθενειών, χωρίς ναρκωτικά - κάνουμε έναν τοξικολογικό έλεγχο. Είμαστε πολύ προσεκτικοί ποιους εγκεφάλους αναλαμβάνουμε. Επίσης επιλέγουμε εγκεφάλους από τους οποίους μπορούμε να συλλέξουμε ιστό, και μπορούμε να πάρουμε συγκατάθεση για την συλλογή του μέσα σε ένα εικοσιτετράωρο από την ώρα θανάτου. Διότι αυτό που μετράμε, το RNA - το οποίο είναι οι ενδείξεις των γονιδίων μας - είναι πολύ ασταθές, γι' αυτό πρέπει να κινηθούμε πολύ γρήγορα.
And so our project is seeking to look at this readout, understanding which of these 25,000 genes is turned on. So in order to undertake such a project, we obviously need brains. So we sent our lab technician out. We were seeking normal human brains. What we actually start with is a medical examiner's office. This a place where the dead are brought in. We are seeking normal human brains. There's a lot of criteria by which we're selecting these brains. We want to make sure that we have normal humans between the ages of 20 to 60, they died a somewhat natural death with no injury to the brain, no history of psychiatric disease, no drugs on board -- we do a toxicology workup. And we're very careful about the brains that we do take. We're also selecting for brains in which we can get the tissue, we can get consent to take the tissue within 24 hours of time of death. Because what we're trying to measure, the RNA -- which is the readout from our genes -- is very labile, and so we have to move very quickly.
Μία υποσημείωση για τον τρόπο συλλογής εγκεφάλων: Λόγω του τρόπου που επιλέγουμε, και επειδή ζητάμε συγκατάθεση, έχουμε περισσότερους αρσενικούς εγκεφάλους παρά θηλυκούς. Τα αρσενικά έχουν μεγαλύτερες πιθανότητες να πεθάνουν από ατύχημα στο άνθος της ηλικίας τους. Επίσης οι άνδρες έχουν μεγαλύτερες πιθανότητες να δώσει τη συγκατάθεση της η σύζυγος παρά το αντίθετο.
One side note on the collection of brains: because of the way that we collect, and because we require consent, we actually have a lot more male brains than female brains. Males are much more likely to die an accidental death in the prime of their life. And men are much more likely to have their significant other, spouse, give consent than the other way around.
(Γέλια)
(Laughter)
Λοιπόν, το πρώτο πράγμα που κάνουμε στο πλαίσιο της συλλογής είναι να συλλέξουμε αυτό που ονομάζεται MR. Αυτό είναι η μαγνητική τομογραφία (MRI). Είναι ένα σταθερό πρότυπο πάνω στο οποίο θα βασίσουμε τα υπόλοιπα δεδομένα. Έτσι συλλέγουμε το MR. Και μπορείτε να το παρομοιάσετε ως την δορυφορική εικόνα του χάρτη μας. Το επόμενο πράγμα που κάνουμε είναι να συλλέξουμε αυτό που ονομάζεται απεικόνιση τανυστή διάχυσης. Αυτό χαρτογραφεί τη μεγάλη καλωδίωση στον εγκέφαλο. Ξανά, μπορείτε να το φανταστείτε αν θέλετε, όπως τη χαρτογράφηση των αυτοκινητοδρόμων. Ο εγκέφαλος έχει απομακρυνθεί από το κρανίο, κι έπειτα τεμαχίζεται σε φέτες του ενός εκατοστού. Αυτές καταψύχονται και αποστέλλονται στο Σιάτλ. Στο Σιάτλ τις παραλαμβάνουμε - αυτό είναι ένα ολόκληρο ανθρώπινο ημισφαίριο - και το βάζουμε σ' έναν ειδικό κόπτη κρέατος. Υπάρχει μία λεπίδα εδώ η οποία θα κόψει διαγώνια ένα τμήμα του ιστού και θα το μεταφέρει σε μια διαφάνεια μικροσκοπίου. Έπειτα θα του βάλουμε μια από αυτές τις χρωστικές και θα το σαρώσουμε. Αυτό που θα πάρουμε, είναι η πρώτη μας χαρτογράφηση.
So the first thing that we do at the site of collection is we collect what's called an MR. This is magnetic resonance imaging -- MRI. It's a standard template by which we're going to hang the rest of this data. So we collect this MR. And you can think of this as our satellite view for our map. The next thing we do is we collect what's called a diffusion tensor imaging. This maps the large cabling in the brain. And again, you can think of this as almost mapping our interstate highways, if you will. The brain is removed from the skull, and then it's sliced into one-centimeter slices. And those are frozen solid, and they're shipped to Seattle. And in Seattle, we take these -- this is a whole human hemisphere -- and we put them into what's basically a glorified meat slicer. There's a blade here that's going to cut across a section of the tissue and transfer it to a microscope slide. We're going to then apply one of those stains to it, and we scan it. And then what we get is our first mapping.
Σε αυτό το σημείο παρεμβαίνουν οι ειδικοί και κάνουν βασικές ανατομικές αναθέσεις. Μπορείτε να το εκλάβετε ως τα σύνορα της πολιτείας, αυτά τα όμορφα παχιά περιγράμματα. Από αυτό, μπορούμε, να τεμαχίσουμε τον εγκέφαλο σε περισσότερα κομμάτια τα οποία μπορούμε μετά να τοποθετήσουμε σ' έναν μικρότερο κρυοστάτη. Κι αυτό ακριβώς φαίνεται εδώ -- αυτό είναι κατεψυγμένος ιστός κατά την κοπή του. Έχει πάχος 20 μικρομέτρων, δηλαδή το πάχος μιας τρίχας μωρού. Και θυμηθείτε, είναι κατεψυγμένος. Εδώ μπορείτε να δείτε, την παλιομοδίτικη τεχνολογία της βούρτσας να εφαρμόζεται. Παίρνουμε μια διαφάνεια μικροσκοπίου. Έπειτα, με πολλή προσοχή λιώνουμε πάνω στη διαφάνεια. Αυτή αργότερα θα μεταφερθεί σ' ένα ρομπότ που με τη σειρά του θα εφαρμόσει μια από τις χρωστικές. Οι ανατόμοι μας θα ρίξουν μια βαθύτερη ματιά.
So this is where experts come in and they make basic anatomic assignments. You could consider this state boundaries, if you will, those pretty broad outlines. From this, we're able to then fragment that brain into further pieces, which then we can put on a smaller cryostat. And this is just showing this here -- this frozen tissue, and it's being cut. This is 20 microns thin, so this is about a baby hair's width. And remember, it's frozen. And so you can see here, old-fashioned technology of the paintbrush being applied. We take a microscope slide. Then we very carefully melt onto the slide. This will then go onto a robot that's going to apply one of those stains to it. And our anatomists are going to go in and take a deeper look at this.
Αυτό είναι που βλέπουν στο μικροσκόπιο. Μπορείτε να δείτε συλλογές και διαμορφώσεις από μεγάλα και μικρά κύτταρα σε συστάδες και διάφορα μέρη. Από εκεί είναι ρουτίνα. Καταλαβαίνουν πού να κάνουν αυτές τις αναθέσεις. Και μπορούν να φτιάξουν αυτό που είναι βασικά ένας άτλαντας αναφοράς. Αυτός είναι ένας ακόμα πιο λεπτομερής χάρτης.
So again this is what they can see under the microscope. You can see collections and configurations of large and small cells in clusters and various places. And from there it's routine. They understand where to make these assignments. And they can make basically what's a reference atlas. This is a more detailed map.
Οι επιστήμονες μας έπειτα τον χρησιμοποιούν για να πάνε πίσω, σε κάποιο άλλο κομμάτι του εγκεφάλου και να κάνουν αυτό που ονομάζεται σάρωση με λέιζερ μικρο-ανατομής. Έτσι ο τεχνικός παίρνει τις οδηγίες. Σκιαγραφούν κατά μήκος της περιοχής εκεί. Και μετά το λέιζερ κόβει. Μπορείτε να δείτε την μπλε κουκκίδα να κόβει και τον ιστό που πέφτει. Μπορείτε να το δείτε στη διαφάνεια του μικροσκοπίου εδώ, αυτό συμβαίνει σε πραγματικό χρόνο. Υπάρχει ένα δοχείο από κάτω που συλλέγει τον ιστό. Παίρνουμε αυτόν τον ιστό, απομονώνουμε το RNA από μέσα του χρησιμοποιώντας βασική τεχνολογία, κι έπειτα βάζουμε μια φθορίζουσα ετικέτα επάνω του. Παίρνουμε το επισημασμένο υλικό και το βάζουμε σε κάτι που ονομάζεται μικρο-συστοιχία.
Our scientists then use this to go back to another piece of that tissue and do what's called laser scanning microdissection. So the technician takes the instructions. They scribe along a place there. And then the laser actually cuts. You can see that blue dot there cutting. And that tissue falls off. You can see on the microscope slide here, that's what's happening in real time. There's a container underneath that's collecting that tissue. We take that tissue, we purify the RNA out of it using some basic technology, and then we put a florescent tag on it. We take that tagged material and we put it on to something called a microarray.
Μπορεί να μοιάζει σε εσάς με ένα μάτσο κουκκίδες, όμως κάθε μεμονωμένη κουκκίδα είναι ένα μοναδικό κομμάτι του ανθρώπινου γονιδιώματος το οποίο εντοπίσαμε στο μικροσκόπιο. Έχει περίπου εξήντα χιλιάδες στοιχεία επάνω του, γι' αυτό μετράμε επανειλημμένα διάφορα γονίδια από τα εικοσιπέντε χιλιάδες μέσα στο γονιδίωμα. Και όταν παίρνουμε ένα δείγμα και το υβριδίζουμε επάνω του, λαμβάνουμε εάν θέλετε, ένα μοναδικό δαχτυλικό αποτύπωμα, ποσοτικά, από ποια γονίδια ενεργοποιούνται στο δείγμα.
Now this may look like a bunch of dots to you, but each one of these individual dots is actually a unique piece of the human genome that we spotted down on glass. This has roughly 60,000 elements on it, so we repeatedly measure various genes of the 25,000 genes in the genome. And when we take a sample and we hybridize it to it, we get a unique fingerprint, if you will, quantitatively of what genes are turned on in that sample.
Επαναλαμβάνουμε ξανά και ξανά αυτή τη διαδικασία για κάθε διαθέσιμο εγκέφαλο. Παίρνουμε περίπου χίλια δείγματα από κάθε εγκέφαλο. Η περιοχή που απεικονίζεται εδώ ονομάζεται ιππόκαμπος. Εμπλέκεται στη διαδικασία της εκμάθησης και της μνήμης και συμβάλλει σε περίπου εβδομήντα από αυτά τα χίλια δείγματα. Έτσι κάθε δείγμα μας δίνει περίπου 50.000 σημεία δεδομένων με επαναλαμβανόμενες μετρήσεις, χίλια δείγματα.
Now we do this over and over again, this process for any given brain. We're taking over a thousand samples for each brain. This area shown here is an area called the hippocampus. It's involved in learning and memory. And it contributes to about 70 samples of those thousand samples. So each sample gets us about 50,000 data points with repeat measurements, a thousand samples.
Έτσι στο περίπου, έχουμε πενήντα εκατομμύρια σημεία δεδομένων για κάθε διαθέσιμο ανθρώπινο εγκέφαλο. Μέχρι τώρα έχουμε στοιχεία ισοδύναμα με δύο ανθρώπινους εγκεφάλους. Τα βάλαμε όλα μαζί ενοποιημένα, και θα σας δείξω πώς μοιάζει αυτή η σύνθεση. Είναι βασικά μία μεγάλη βάση δεδομένων η οποία είναι διαθέσιμη δωρεάν σε κάθε επιστήμονα ανά τον κόσμο. Δεν χρειάζεται καν να συνδεθούν στην ιστοσελίδα για να χρησιμοποιήσουν αυτό το εργαλείο, να εκτιμήσουν τα δεδομένα και να εξάγουν ενδιαφέροντα συμπεράσματα. Έτσι εδώ είναι οι ποικιλίες που συγκεντρώσαμε. Θα αρχίσετε να τ' αναγνωρίζετε απ' αυτά που συλλέξαμε προηγουμένως. Εδώ είναι το MR. Παρέχει το πλαίσιο. Υπάρχει η πλευρά του χειριστή στα δεξιά που σας επιτρέπει να το γυρνάτε, σας επιτρέπει να ζουμάρετε, σας επιτρέπει να επισημαίνετε ξεχωριστές δομές.
So roughly, we have 50 million data points for a given human brain. We've done right now two human brains-worth of data. We've put all of that together into one thing, and I'll show you what that synthesis looks like. It's basically a large data set of information that's all freely available to any scientist around the world. They don't even have to log in to come use this tool, mine this data, find interesting things out with this. So here's the modalities that we put together. You'll start to recognize these things from what we've collected before. Here's the MR. It provides the framework. There's an operator side on the right that allows you to turn, it allows you to zoom in, it allows you to highlight individual structures.
Αλλά πιο σημαντικά, χαρτογραφούμε πάνω σε αυτό το ανατομικό πλαίσιο, που είναι ένα κοινό πλαίσιο για τους ανθρώπους για να καταλάβουν πού ενεργοποιούνται τα γονίδια. Έτσι, τα κόκκινα επίπεδα είναι όπου ένα γονίδιο ενεργοποιείται σε μεγάλη κλίμακα. Το πράσινο σηματοδοτεί τις ψυχρές περιοχές όπου δεν είναι ενεργοποιημένο. Και κάθε γονίδιο, μας δίνει ένα δαχτυλικό αποτύπωμα. Θυμηθείτε ότι έχουμε δοκιμάσει όλα τα εικοσιπέντε χιλιάδες γονίδια στο γονιδίωμα και έχουμε όλα αυτά τα δεδομένα διαθέσιμα.
But most importantly, we're now mapping into this anatomic framework, which is a common framework for people to understand where genes are turned on. So the red levels are where a gene is turned on to a great degree. Green is the sort of cool areas where it's not turned on. And each gene gives us a fingerprint. And remember that we've assayed all the 25,000 genes in the genome and have all of that data available.
Τι μπορούν λοιπόν να μάθουν οι επιστήμονες από αυτά τα δεδομένα; Μόλις αρχίσαμε να εξετάζουμε αυτά τα δεδομένα. Υπάρχουν κάποια βασικά πράγματα που θα θέλατε να καταλάβετε. Δύο σπουδαία παραδείγματα, είναι τα φάρμακα Prozac και Wellbutrin. Είναι κοινώς συνταγογραφούμενα αντικαταθλιπτικά. Τώρα θυμηθείτε, εμείς αναλύουμε γονίδια. Τα γονίδια στέλνουν τις οδηγίες για να παραχθούν οι πρωτεΐνες. Οι πρωτεΐνες είναι οι στόχοι των φαρμάκων. Έτσι τα φάρμακα δεσμεύονται στις πρωτεΐνες και είτε τις κλείνουν, κτλ. Αν θέλετε να κατανοήσετε τη δράση των φαρμάκων, πρέπει καταλάβετε πώς λειτουργούν με επιθυμητό κι ανεπιθύμητο τρόπο. Όσο για το προφίλ των παρενεργειών κτλ, θέλετε να δείτε πού ενεργοποιούνται αυτά τα γονίδια. Για πρώτη φορά, μπορούμε στην ουσία να το κάνουμε αυτό. Μπορούμε να το κάνουμε σε πολλά άτομα τα οποία έχουμε κιόλας δοκιμάσει.
So what can scientists learn about this data? We're just starting to look at this data ourselves. There's some basic things that you would want to understand. Two great examples are drugs, Prozac and Wellbutrin. These are commonly prescribed antidepressants. Now remember, we're assaying genes. Genes send the instructions to make proteins. Proteins are targets for drugs. So drugs bind to proteins and either turn them off, etc. So if you want to understand the action of drugs, you want to understand how they're acting in the ways you want them to, and also in the ways you don't want them to. In the side effect profile, etc., you want to see where those genes are turned on. And for the first time, we can actually do that. We can do that in multiple individuals that we've assayed too.
Τώρα λοιπόν μπορούμε να κοιτάξουμε σε όλη την έκταση του εγκεφάλου. Μπορούμε να δούμε το μοναδικό δαχτυλικό αποτύπωμα. Και παίρνουμε επιβεβαίωση. Επιβεβαιώνουμε πως το γονίδιο είναι όντως ενεργό - από κάτι σαν το Prozac, σε σεροτονινεργικές δομές, που είναι ήδη γνωστό πως επηρεάζονται, όμως εμείς εδώ θέλουμε να το δούμε ολοκληρωμένο. Επίσης θα κοιτάξουμε μέσα σε περιοχές όπου κανένας, ποτέ άλλοτε, δεν έχει κοιτάξει, και βλέπουμε αυτά τα γονίδια ενεργοποιημένα εδώ. Αυτή η παρενέργεια είναι τόσο ενδιαφέρουσα όσο θα μπορούσε να είναι. Ένα ακόμα πράγμα που μπορούμε να κάνουμε μ' αυτό, επειδή είναι μια άσκηση ταιριάσματος μοτίβων, επειδή είναι ένα μοναδικό δαχτυλικό αποτύπωμα, μπορούμε βασικά να σαρώσουμε ολόκληρο το γονιδίωμα και να βρούμε άλλες πρωτεΐνες που φανερώνει ένα παρόμοιο αποτύπωμα. Έτσι, εάν ερευνάτε το φάρμακο, για παράδειγμα, μπορείτε να δείτε μία ολόκληρη λίστα του τί έχει να προσφέρει το γονιδίωμα για να εντοπίσετε καλύτερους στόχους των φαρμάκων και να τους βελτιστοποιήσετε.
So now we can look throughout the brain. We can see this unique fingerprint. And we get confirmation. We get confirmation that, indeed, the gene is turned on -- for something like Prozac, in serotonergic structures, things that are already known be affected -- but we also get to see the whole thing. We also get to see areas that no one has ever looked at before, and we see these genes turned on there. It's as interesting a side effect as it could be. One other thing you can do with such a thing is you can, because it's a pattern matching exercise, because there's unique fingerprint, we can actually scan through the entire genome and find other proteins that show a similar fingerprint. So if you're in drug discovery, for example, you can go through an entire listing of what the genome has on offer to find perhaps better drug targets and optimize.
Οι περισσότεροι από εσάς είστε ίσως ήδη εξοικειωμένοι με μελέτες που συσχετίζονται με το γονιδίωμα από δημοσιογράφους στις ειδήσεις που λένε: «Οι επιστήμονες πρόσφατα ανακάλυψαν το γονίδιο ή τα γονίδια που επηρεάζουν το Χ.» Τέτοιου είδους μελέτες δημοσιεύονται ευρέως από επιστήμονες και είναι σπουδαίες. Αναλύουν μεγάλους πληθυσμούς. Ερευνούν σε ολόκληρο το γονιδίωμά τους, και προσπαθούν να βρουν ενεργά σημεία δραστηριότητας τα οποία είναι αιτιολογικά συνδεδεμένα με γονίδια. Αλλά ό,τι αποκομίζετε από μία τέτοια άσκηση είναι απλά μία λίστα από γονίδια. Σας φανερώνει το «ποιο» αλλά δεν σας φανερώνει το «πού». Γι' αυτό, είναι πολύ σημαντικό γι' αυτούς τους ερευνητές που έχουμε δημιουργήσει αυτήν την πηγή. Τώρα, μπορούν να έρθουν και ν' αρχίσουν να παίρνουν στοιχεία για οποιαδήποτε δραστηριότητα. Μπορούν ν' αρχίσουν να ψάχνουν για κοινά μονοπάτια - για τρόπους, τους οποίους δεν μπορούσαν να ψάξουν πρωτύτερα.
Most of you are probably familiar with genome-wide association studies in the form of people covering in the news saying, "Scientists have recently discovered the gene or genes which affect X." And so these kinds of studies are routinely published by scientists and they're great. They analyze large populations. They look at their entire genomes, and they try to find hot spots of activity that are linked causally to genes. But what you get out of such an exercise is simply a list of genes. It tells you the what, but it doesn't tell you the where. And so it's very important for those researchers that we've created this resource. Now they can come in and they can start to get clues about activity. They can start to look at common pathways -- other things that they simply haven't been able to do before.
Έτσι, πιστεύω πως, ιδιαίτερα το κοινό, μπορεί να κατανοήσει την σημασία της ατομικότητας. Και πιστεύω πως όλοι οι άνθρωποι, έχουμε διαφορετικό γενετικό υπόβαθρο, όλοι ζήσαμε ξεχωριστές ζωές. Αλλά το γεγονός είναι ότι τα γονιδιώματά μας, είναι περισσότερο από 99% όμοια. Είμαστε ίδιοι σε γενετικό επίπεδο. Απ' αυτά που βρίσκουμε ακόμα και στο βιοχημικό επίπεδο του εγκεφάλου, είμαστε περίπου όμοιοι. Αυτό λοιπόν φανερώνει ότι δεν είναι 99%, άλλα περίπου 90% η αντιστοιχία σε ένα λογικό κατώφλι, έτσι, καθετί μέσα στο σύννεφο είναι περίπου συσχετιζόμενο. Έπειτα βρίσκουμε κάποιες ακραίες τιμές, κάποια πράγματα δηλαδή που βρίσκονται πάνω από το σύννεφο. Και αυτά τα γονίδια είναι ενδιαφέροντα, αλλά και πολύ λεπτεπίλεπτα. Έτσι, πιστεύω πως ένα σημαντικό μήνυμα για να πάρετε σήμερα μαζί σας είναι ότι ακόμα και αν γιορτάζουμε όλες μας τις διαφορές, είμαστε περίπου ίδιοι ακόμα και στο επίπεδο του εγκεφάλου.
So I think this audience in particular can understand the importance of individuality. And I think every human, we all have different genetic backgrounds, we all have lived separate lives. But the fact is our genomes are greater than 99 percent similar. We're similar at the genetic level. And what we're finding is actually, even at the brain biochemical level, we are quite similar. And so this shows it's not 99 percent, but it's roughly 90 percent correspondence at a reasonable cutoff, so everything in the cloud is roughly correlated. And then we find some outliers, some things that lie beyond the cloud. And those genes are interesting, but they're very subtle. So I think it's an important message to take home today that even though we celebrate all of our differences, we are quite similar even at the brain level.
Τώρα, πώς μοιάζουν αυτές οι διαφορές; Αυτό είναι ένα παράδειγμα μίας μελέτης που διεξάγαμε για να παρακολουθήσουμε ποιες είναι αυτές οι διαφορές και είναι αρκετά λεπτεπίλεπτες. Είναι καταστάσεις στις οποίες τα γονίδια ενεργοποιούνται σε ένα ατομικό κυτταρικό τύπο. Αυτά είναι δύο γονίδια που βρήκαμε ως καλά παραδείγματα. Το ένα ονομάζεται RELN και εμπλέκεται σε πρώιμες εξελικτικές διεργασίες. Το DISC1 είναι ένα γονίδιο το οποίο διαγράφεται στην σχιζοφρένεια. Αυτά δεν είναι σχιζοφρενικά άτομα, παρόλο που εμφανίζουν κάποιο πλήθος ποικιλίας. Αυτό που βλέπετε εδώ, στον δότη ένα και στον δότη τέσσερα οι οποίοι είναι οι εξαιρέσεις των άλλων δύο, αυτά τα γονίδια ενεργοποιούνται σε ένα πολύ συγκεκριμένο υποσύνολο κυττάρων. Είναι το σκούρο μωβ ίζημα μέσα στο κύτταρο το οποίο μας λέει ότι ένα κύτταρο είναι ενεργοποιημένο εδώ. Εάν αυτό εξαρτάται από το γενετικό υπόβαθρο και τις εμπειρίες ενός ατόμου, δεν το γνωρίζουμε. Τέτοιου είδους μελέτες απαιτούν πολύ μεγαλύτερους πληθυσμούς.
Now what do those differences look like? This is an example of a study that we did to follow up and see what exactly those differences were -- and they're quite subtle. These are things where genes are turned on in an individual cell type. These are two genes that we found as good examples. One is called RELN -- it's involved in early developmental cues. DISC1 is a gene that's deleted in schizophrenia. These aren't schizophrenic individuals, but they do show some population variation. And so what you're looking at here in donor one and donor four, which are the exceptions to the other two, that genes are being turned on in a very specific subset of cells. It's this dark purple precipitate within the cell that's telling us a gene is turned on there. Whether or not that's due to an individual's genetic background or their experiences, we don't know. Those kinds of studies require much larger populations.
Έτσι, θας σας αφήσω με μία τελευταία σημείωση σχετικά με τη πολυπλοκότητα του εγκεφάλου και πόσα περισσότερα έχουμε να κάνουμε. Πιστεύω πως αυτές οι πηγές είναι εξαιρετικά χρήσιμες. Δίνουν στους ερευνητές μία υπόδειξη για το πού να κατευθυνθούν. Ερευνήσαμε μόνο μία χούφτα άτομα σε αυτό το στάδιο. Θα ερευνήσουμε σίγουρα πολλά περισσότερα. Θα κλείσω λέγοντας απλά ότι τα εργαλεία είναι εδώ, κι αυτή είναι μία πραγματικά ανεξερεύνητη ήπειρος. Αυτό, είναι ένα καινούριο σύνορο, εάν θέλετε Και για αυτούς που είναι απτόητοι, αλλά ταπεινοί μπροστά στην πολυπλοκότητα του εγκεφάλου, το μέλλον σας περιμένει.
So I'm going to leave you with a final note about the complexity of the brain and how much more we have to go. I think these resources are incredibly valuable. They give researchers a handle on where to go. But we only looked at a handful of individuals at this point. We're certainly going to be looking at more. I'll just close by saying that the tools are there, and this is truly an unexplored, undiscovered continent. This is the new frontier, if you will. And so for those who are undaunted, but humbled by the complexity of the brain, the future awaits.
Ευχαριστώ.
Thanks.
(Χειροκρότημα)
(Applause)