Tohle je tisíc let stará kresba mozku. Je to schéma zrakového systému. Některé věci na nás působí povědomě. Dvě oči na spodní straně, zrakový nerv vinoucí se zezadu. Je tu také opravdu velký nos, který jako by nebyl připojený k něčemu konkrétnímu.
This is a thousand-year-old drawing of the brain. It's a diagram of the visual system. And some things look very familiar today. Two eyes at the bottom, optic nerve flowing out from the back. There's a very large nose that doesn't seem to be connected to anything in particular.
A pokud tuto kresbu srovnáte se současným znázorněním zrakového systému, uvidíte, že se za těch uplynulých tisíc let stalo podstatně komplikovanějším. Je to proto, že dnes dokážeme nahlédnout dovnitř mozku, a nemusíme se jen dívat na jeho zevní tvary.
And if we compare this to more recent representations of the visual system, you'll see that things have gotten substantially more complicated over the intervening thousand years. And that's because today we can see what's inside of the brain, rather than just looking at its overall shape.
Představte si, že chcete pochopit, jak funguje počítač, přičemž všechno, co můžete vidět, je klávesnice, myš a monitor. Asi byste příliš úspěšní nebyli. Potřebovali byste ho umět otevřít, rozebrat, podívat se na vnitřní zapojení. A až do doby něco málo před sto lety, nedokázal tohle nikdo provést s mozkem. Nikdo neměl ani tušení o propojeních v mozku.
Imagine you wanted to understand how a computer works and all you could see was a keyboard, a mouse, a screen. You really would be kind of out of luck. You want to be able to open it up, crack it open, look at the wiring inside. And up until a little more than a century ago, nobody was able to do that with the brain. Nobody had had a glimpse of the brain's wiring.
A to proto, že i když vyjmete mozek z lebky, rozřežete jej na tenké plátky a vložíte pod velmi výkonný mikroskop, není tam nic k vidění. Je to šedé, bez tvaru. Chybí jakákoli struktura. Nic vám to neřekne.
And that's because if you take a brain out of the skull and you cut a thin slice of it, put it under even a very powerful microscope, there's nothing there. It's gray, formless. There's no structure. It won't tell you anything.
Tohle všechno se ale změnilo na konci 19. století. Najednou došlo k objevu nových chemických látek pro obarvování mozkové tkáně, které nám posléze dovolily poprvé zahlédnout struktury v mozku. Rozebrali jsme počítač.
And this all changed in the late 19th century. Suddenly, new chemical stains for brain tissue were developed and they gave us our first glimpses at brain wiring. The computer was cracked open.
Moderní neurovědu skutečně nastartovala až metoda zvaná Golgiho barvení. Funguje velmi specifickým způsobem. Místo aby obarvila všechny buňky uvnitř tkáně, zvýrazní pouze 1 procento z nich. Pročistí les a odhalí stromy. Pokud bychom obarvili všechno, nebylo by nic vidět. Tímto způsobem nám ukáže, co v mozku je.
So what really launched modern neuroscience was a stain called the Golgi stain. And it works in a very particular way. Instead of staining all of the cells inside of a tissue, it somehow only stains about one percent of them. It clears the forest, reveals the trees inside. If everything had been labeled, nothing would have been visible. So somehow it shows what's there.
Španělský neuroanatom Santiago Ramon y Cajal, který je všeobecně pokládán za otce moderní neurovědy, použil Golgiho barvení, díky čemuž získal údaje, které vypadají nějak takhle. Díky nim jsme získali novodobou představu o nervové buňce -- neuronu. A pokud přemýšlíte o mozku jako o počítači, představte si ho jako tranzistor. Cajal si velmi rychle uvědomil, že neurony nefungují osamoceně, ale že vytvářejí spojení s jinými, s nimiž tvoří obvody, podobně jako v počítači. Dnes, o století později, když chtějí výzkumníci zviditelnit neurony, místo aby je ztmavovali, osvětlují je zevnitř. Existuje několik způsobů, jak to provést. Ale jeden z nejoblíbenějších používá zelenou fluorescenční bílkovinu. Zelená fluorescenční bílkovina, která kupodivu pochází z bioluminiscenční medúzy, je velice užitečná. Protože když dokážete získat gen pro vytvoření zelené fluorescenční bílkoviny a umístíte jej do buňky, buňka bude zářit zeleně -- případně v odstínu jedné z mnoha variant zelené fluorescenční bílkoviny, díky čemuž získáte buňku, která září mnoha různými barvami.
Spanish neuroanatomist Santiago Ramon y Cajal, who's widely considered the father of modern neuroscience, applied this Golgi stain, which yields data which looks like this, and really gave us the modern notion of the nerve cell, the neuron. And if you're thinking of the brain as a computer, this is the transistor. And very quickly Cajal realized that neurons don't operate alone, but rather make connections with others that form circuits just like in a computer. Today, a century later, when researchers want to visualize neurons, they light them up from the inside rather than darkening them. And there's several ways of doing this. But one of the most popular ones involves green fluorescent protein. Now green fluorescent protein, which oddly enough comes from a bioluminescent jellyfish, is very useful. Because if you can get the gene for green fluorescent protein and deliver it to a cell, that cell will glow green -- or any of the many variants now of green fluorescent protein, you get a cell to glow many different colors.
Když se vrátíme zpět k mozku, tenhle je z geneticky modifikované myši nazvané „Brainbow" (mozková duha). Samozřejmě jen přeneseně, kvůli tomu, že všechny tyhle neurony září různými barvami.
And so coming back to the brain, this is from a genetically engineered mouse called "Brainbow." And it's so called, of course, because all of these neurons are glowing different colors.
Občas neurovědci nepotřebují identifikovat celé buňky, ale spíše konkrétní molekulové složky neuronů, molekuly. To se dá provést několika způsoby, ale nejoblíbenější je ten, který používá protilátky. Jistě znáte protilátky jakožto součást imunitního systému. Ukazuje se, že jsou imunitnímu systému tak užitečné proto, že dokážou rozeznat konkrétní molekuly, jako například kód bílkoviny viru, který napadá tělo. Výzkumníci toho využili, aby rozpoznali konkrétní molekuly uvnitř mozku i podstruktury buňky a jednotlivě je identifikovali.
Now sometimes neuroscientists need to identify individual molecular components of neurons, molecules, rather than the entire cell. And there's several ways of doing this, but one of the most popular ones involves using antibodies. And you're familiar, of course, with antibodies as the henchmen of the immune system. But it turns out that they're so useful to the immune system because they can recognize specific molecules, like, for example, the coat protein of a virus that's invading the body. And researchers have used this fact in order to recognize specific molecules inside of the brain, recognize specific substructures of the cell and identify them individually.
Mnohé z obrázků, které jsem vám ukazoval, jsou nejen velmi krásné, ale také nesmírně užitečné. Mají ohromnou vypovídací schopnost. Například tohle je protilátka obarvující přenašeče serotoninu v plátku myšího mozku.
And a lot of the images I've been showing you here are very beautiful, but they're also very powerful. They have great explanatory power. This, for example, is an antibody staining against serotonin transporters in a slice of mouse brain.
A zcela jistě jste už slyšeli o serotoninu v kontextu nemocí jako je deprese či úzkost. Možná jste slyšeli o SSRI (Selektivní inhibitory zpětného vychytávání serotoninu), což jsou léky, kterými se léčí zmíněné choroby. A abychom pochopili, jak serotonin funguje, je nutné vědět, kde serotonin účinkuje. A protilátky zářící jako tahle používáme k tomu, abychom takové otázky zodpověděli.
And you've heard of serotonin, of course, in the context of diseases like depression and anxiety. You've heard of SSRIs, which are drugs that are used to treat these diseases. And in order to understand how serotonin works, it's critical to understand where the serontonin machinery is. And antibody stainings like this one can be used to understand that sort of question.
Rád bych, abyste si odnesli následující myšlenku: Zelená fluorescenční bílkovina a protilátky jsou odpradávna naprosto přírodní produkty. Příroda je vyvinula, aby umožnily medúze zářit zeleně, ať už byl účel jakýkoliv nebo aby například odhalily kód bílkoviny útočícího viru. A teprve mnohem později přišli na scénu vědci a řekli: „Aha, tohle jsou nástroje, jejichž funkce můžeme využít v naší vlastní paletě výzkumných nástrojů." A místo toho, aby chabým lidským rozumem navrhovali nástroje kompletně od podlahy, využili dostupná řešení přímo od přírody, která je vyvíjela a trvale vylepšovala po miliony let, neboť příroda je tím nejlepším inženýrem. Děkuji. (Potlesk)
I'd like to leave you with the following thought: Green fluorescent protein and antibodies are both totally natural products at the get-go. They were evolved by nature in order to get a jellyfish to glow green for whatever reason, or in order to detect the coat protein of an invading virus, for example. And only much later did scientists come onto the scene and say, "Hey, these are tools, these are functions that we could use in our own research tool palette." And instead of applying feeble human minds to designing these tools from scratch, there were these ready-made solutions right out there in nature developed and refined steadily for millions of years by the greatest engineer of all. Thank you. (Applause)