Dies ist eine 1000 Jahre alte Zeichnung des Gehirns. Sie zeigt ein Darstellung des Sehapparats. Und einige Dinge kommen uns auch heute bekannt vor. Unten zwei Augen und der Sehnerv, der dahinter hinausläuft. Da ist eine sehr große Nase, die nicht den Anschein erweckt, als wäre sie mit irgendetwas Speziellem verbunden.
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.
Und wenn wir dies mit einer neueren Abbildung des Sehapparats vergleichen, dann sehen Sie, dass die Dinge wesentlich komplizierter geworden sind im Laufe der letzten eintausend Jahre. Das liegt daran, dass wir heute sehen können, was im Gehirn ist, anstatt nur seine äußere Form zu betrachten.
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.
Stellen Sie sich vor, Sie wollen verstehen, wie ein Computer funktioniert und alles, was Sie sehen können, ist eine Tastatur, eine Maus und einen Bildschirm. Da hätten Sie wirklich Pech gehabt. Sie würden ihn öffnen wollen, ihn aufreißen wollen, um sich die Verkabelung im Inneren ansehen zu können. Und bis vor etwas mehr als einem Jahrhundert war niemand in der Lage, das mit dem Gehirn zu machen. Niemand hatte einen Einblick in die "Verkabelung" des Gehirns gehabt.
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.
Das liegt daran, dass, wenn Sie das Gehirn aus dem Schädel nehmen und eine dünne Scheibe davon abschneiden, diese sogar unter ein sehr starkes Mikroskop legen – da nichts ist. Es ist grau, formlos. Da gibt es keine Struktur. Es wird Ihnen nichts verraten.
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.
Und all dies hat sich im späten 19. Jahrhundert geändert. Plötzlich wurden neue chemische Färbemittel für das Gehirngewebe entwickelt und diese gaben uns erste Einblicke in die Verdrahtung des Gehirns. Der Computer wurde aufgebrochen.
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.
Was nun wirklich die modernen Neurowissenschaften nach vorn gebracht hat, war ein Färbemittel namens Golgi-Färbung. Und dieses wirkt auf eine sehr besondere Weise. Anstatt alle Zellen innerhalb eines Gewebes zu färben, färbt es irgendwie nur etwa ein Prozent davon. Es lichtet den Wald und macht die einzelnen Bäume sichtbar. Wenn alles markiert worden wäre, wäre nichts sichtbar geworden. Irgendwie zeigt es also, was da ist.
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.
Der spanische Neurowissenschaftler Santiago Ramon y Cajal, der weithin als der Vater der modernen Neurowissenschaften angesehen wird, benutze die Golgi-Färbung, was zu Ergebnissen führte, die so aussehen und hat uns somit die moderne Vorstellung der Nervenzelle gegeben, dem Neuron. Und wenn Sie sich das Gehirn wie einen Computer vorstellen, dann ist dies der Transistor. Und Cajal hat sehr schnell erkannt, dass Neuronen nicht allein operieren, sondern vielmehr Verbindungen zu anderen Neuronen herstellen, die Kreise bilden, genau wie in einem Computer. Wenn Wissenschaftler heute, ein Jahrhundert später, Neuronen sichtbar machen wollen, dann lassen sie diese von innen aufleuchten, anstatt sie zu verdunkeln. Und es gibt mehrere Arten, wie man das machen kann. Aber eine der gängigsten beinhaltet grün fluoreszierendes Protein. Grün fluoreszierendes Protein, das merkwürdigerweise von einer biolumineszenten Qualle stammt, ist sehr nützlich. Wenn man nämlich das Gen des grün fluoreszierenden Proteins nimmt und es einer Zelle zuführt, wird die Zelle grün leuchten – oder in einer der vielen anderen Varianten des grün fluoreszierenden Proteins, und so bekommt man eine Zelle, die in vielen verschiedenen Farben leuchtet.
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.
Und um zum Gehirn zurückzukommen: dies ist von einer gentechnisch veränderten Maus names "Brainbow" (Gehirn-Regenbogen). Und sie wird natürlich so genannt, weil alle diese Neuronen in unterschiedlichen Farben leuchten.
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.
Manchmal müssen Neurowissenschaftler individuelle molekulare Komponenten der Neuronen, Moleküle, identifizieren anstatt der gesamten Zelle. Und es gibt verschiedene Arten, dies zu tun, aber eine der populärsten Arten beinhaltet die Nutzung von Antikörpern. Und Sie kennen Antikörper natürlich als Handlanger des Immunsystems. Und es hat sich herausgestellt, dass sie so hilfreich für das Immunsystem sind, weil sie spezifische Moleküle erkennen können, wie zum Beispiel das Schlüsselprotein eines Virus, das den Körper angreift. Und Wissenschaftler benutzen diese Tatsache um spezifische Moleküle im Gehirn zu erkennen, spezifische Unterstrukturen der Zelle zu erkennen und diese einzeln zu identifizieren.
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.
Und viele der Bilder, die ich Ihnen hier gezeigt habe, sind sehr schön, aber sie sind auch sehr kraftvoll. Sie haben eine sehr starke erklärende Kraft. Dies hier ist zum Beispiel eine Antikörper-Färbung der Serotonintransporter im Gehirn einer Maus.
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.
Und Sie kennen natürlich Serotonin im Kontext von Krankheiten wie Depressionen und Angstzuständen. Sie kennen SSRIs, Medikamente, die zur Behandlung dieser Krankheiten genutzt werden. Und um zu verstehen, wie Serotonin arbeitet, ist es entscheidend zu verstehen, wo die "Serotoninmaschine" ist. Eine Antikörper-Färbung wie diese hier kann genutzt werden, um diese Art von Fragen zu verstehen.
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.
Ein Gedanke soll den Ausklang bilden: Grün fluoreszierendes Protein und Antikörper sind beide von Anfang an total natürliche Produkte. Sie sind von der Natur entwickelt worden, damit eine Qualle grün leuchtet, aus welchem Grund auch immer, oder um das Protein eines angreifenden Virus zu aufzuspüren. Und erst sehr viel später tauchen Wissenschaftler auf der Bühne auf und sagen: "Hey, das sind Werkzeuge, das sind Funktionen, die wir nutzen könnten in unserer eigenen Werkzeugpalette für die Forschung." Und anstatt dass sich der klägliche menschliche Verstand dafür einsetzen musste um diese Werkzeuge aus dem Nichts zu erfinden, waren da diese vorgefertigten Lösungen direkt draußen in der Natur, entwickelt und ununterbrochen verbessert seit Millionen von Jahren vom Größten aller Ingenieure. Danke. (Applaus)
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)