Aυτή είναι μια απεικόνιση του εγκεφάλου, χιλίων ετών. Είναι ένα διάγραμμα του οπτικού συστήματος. Κάποια πράγματα φαίνονται αναγνωρίσιμα σήμερα. Δύο μάτια στη βάση, οπτικό νεύρο που έχει τη ρίζα του στο πίσω μέρος. Μια πολύ μεγάλη μύτη, που δε φαίνεται να συνδέεται με κάτι συγκεκριμένο.
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.
Αν συγκρίνουμε αυτή την απεικόνιση με πιο πρόσφατες αναπαραστάσεις του οπτικού συστήματος, θα διαπιστώσετε ότι τα πράγματα έχουν γίνει ουσιωδώς πιο περίπλοκα στη διάρκεια των χιλίων χρόνων που μεσολάβησαν. Και αυτό διότι σήμερα μπορούμε να δούμε το εσωτερικό του εγκεφάλου, και όχι μόνο το συνολικό του σχήμα.
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.
Φαντασθείτε ότι θέλετε να κατανοήσετε πώς δουλεύει ένας υπολογιστής και τα μόνα που μπορείτε να δείτε είναι ένα πληκτρολόγιο, ένα ποντίκι, μια οθόνη. Σίγουρα δεν θα είστε τυχεροί. Θέλετε να μπορείτε να το ανοίξετε, να το διαλύσετε, να δείτε την εσωτερική καλωδίωση. Μέχρι σχεδόν έναν αιώνα πριν, κανείς δε μπορούσε να κάνει κάτι τέτοιο με τον εγκέφαλο. Κανείς δεν είχε εικόνα της καλωδίωσης του εγκεφάλου.
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.
Αυτό συνέβαινε επειδή, αν βγάλει κανείς τον εγκέφαλο από το κρανίο, και κόψει μια λεπτή φέτα, την τοποθετήσει κάτω από ένα πολύ δυνατό μικροσκόπιο, δε θα βρει κάτι. Είναι γκρι, άμορφος. Δεν υπάρχει δομή. Δε μας δίνει καμιά πληροφορία.
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.
Όλα αυτά άλλαξαν στα τέλη του 19ου αιώνα. Ξαφνικά, αναπτύχθηκαν χημικές χρώσεις για τους εγκεφαλικούς ιστούς, που μας έδωσαν και τις πρώτες φευγαλέες ματιές στην καλωδίωση του εγκεφάλου. Ο υπολογιστής ανοίχτηκε.
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.
Αυτό που στην πραγματικότητα έδωσε έναυσμα στη σύγχρονη νευροεπιστήμη ήταν μια χρώση ονομαζόμενη η χρώση Γκόλτζι. Λειτουργεί με έναν αρκετά ιδιαίτερο τρόπο. Αντί να χρωματίζει όλα τα κύτταρα στο εσωτερικό ενός ιστού, κατά κάποιο τρόπο χρωματίζει μόνο το ένα τοις εκατό. Καθαρίζει το δάσος, αποκαλύπτει τα δέντρα στο εσωτερικό. Αν είχαν μαρκαριστεί τα πάντα, τίποτα δε θα ήταν ορατό. Έτσι, μας δείχνει κατά κάποιο τρόπο τι υπάρχει μέσα.
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.
Ο Ισπανός νευροανατόμος Σαντιάγο Ραμόν Ι Καχάλ, που ευρέως θεωρείται ο πατέρας της σύγχρονης νευροεπιστήμης, εφάρμοσε τη χρώση Γκόλτζι, η οποία αποδίδει δεδομένα που έχουν αυτή τη μορφή, και πράγματι μας έδωσε τη σύγχρονη αίσθηση του νευρικού κυττάρου, του νευρώνα. Αν, λοιπόν, σκέφτεστε τον εγκέφαλο σαν υπολογιστή, αυτό εδώ είναι ο πολλαπλασιαστής. Πολύ σύντομα ο Καχάλ διαπίστωσε ότι οι νευρώνες δε λειτουργούν μόνοι, αλλά κάνουν συνάψεις με άλλους και σχηματίζουν κυκλώματα ακριβώς όπως στους υπολογιστές. Σήμερα, έναν αιώνα μετά, όταν οι ερευνητές θέλουν να απεικονίσουν τους νευρώνες, προτιμούν να τους φωτίζουν από μέσα αντί να τους σκουραίνουν. Υπάρχουν πολλοί τρόποι να γίνει αυτό. Ένας από τους πιο δημοφιλείς περιλαμβάνει πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη. Η πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη, που κατά έναν περίεργο τρόπο προέρχεται από μια βιοφωσφορίζουσα μέδουσα, είναι πολύ χρήσιμη. Διότι, αν μπορεί κανείς να πάρει το γονίδιο για την πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη και να το βάλει σε ένα κύτταρο, το κύτταρο θα βγάζει πράσινη λάμψη-- ή κάποια παραλλαγή από τις πολλές που έχει σήμερα η πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη, μπορεί να έχει κανείς ένα κύτταρο που λάμπει σε διαφορετικά χρώματα.
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.
Επανέρχομαι, λοιπόν, στον εγκέφαλο, αυτό είναι από ένα γενετικώς κατασκευασμένο ποντίκι ονομαζόμενο «Εγκεφαλικό τόξο». Ονομάζεται έτσι ασφαλώς, εξαιτίας όλων αυτών των νευρώνων που εκπέμπουν διαφορετικών χρωμάτων λάμψη.
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.
Βέβαια, οι νευροεπιστήμονες πολλές φορές χρειάζονται να προσδιορίσουν μεμονωμένα μοριακά συστατικά των νευρώνων, τα μόρια, παρά το σύνολο του κυττάρου. Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να γίνει αυτό, αλλά ένας από τους πιο δημοφιλείς περιλαμβάνει τη χρήση αντισωμάτων. Ασφαλώς γνωρίζετε ότι τα αντισώματα είναι οι μπράβοι του ανοσοποιητικού συστήματος. Αποδεικνύεται ότι είναι τόσο χρήσιμα στο ανοσοποιητικό σύστημα επειδή μπορούν να αναγνωρίζουν συγκεκριμένα μόρια, όπως, για παράδειγμα, η κωδικοποιούμενη πρωτεΐνη ενός ιού που εισβάλλει στο σώμα. Οι ερευνητές αξιοποίησαν αυτό το γεγονός για να αναγνωρίσουν ειδικά μόρια μέσα στον εγκέφαλο, να αναγνωρίσουν ειδικές υποκατασκευές του κυττάρου και να προσδιορίσουν την κάθε μια ξεχωριστά.
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.
Πολλές από τις απεικονίσεις που σας δείχνω είναι πολύ όμορφες, αλλά είναι και πολύ ισχυρές. Έχουν μεγάλη επεξηγηματική δύναμη. Για παράδειγμα, αυτή είναι μια χρώση αντισώματος ενάντια στους διαβιβαστές σεροτονίνης σε μια φέτα εγκεφάλου ποντικιού.
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.
Ασφαλώς έχετε ακούσει για τη σεροτονίνη, για το ρόλο που παίζει σε ασθένειες όπως η κατάθλιψη και το άγχος . ΄Εχετε ακούσει για τα SSRΙs (Αναστολείς Επαναπρόσληψης Σερετονίνης), τα οποία είναι φάρμακα που χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία αυτών των ασθενειών. Για να καταλάβουμε τον τρόπο λειτουργίας της σεροτονίνης, είναι σημαντικό να καταλάβουμε πού βρίσκεται το εργοστάσιο παραγωγής της. Οι χρώσεις αντισωμάτων όπως αυτή εδώ, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να κατανοήσουμε το θέμα.
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.
Θα ήθελα να κάνετε την παρακάτω σκέψη: Οι πράσινες φθορίζουσες πρωτεΐνες και αντισώματα είναι και τα δυο φυσικά προϊόντα από την αρχή τους. Εξελίχθηκαν από τη φύση για να μπορεί η μέδουσα να έχει πράσινη λάμψη για οποιοδήποτε λόγο ή για να μπορεί να εντοπίζει την κωδικοποιούμενη πρωτεΐνη ενός εισβάλλοντος ιού, για παράδειγμα. Και μόνο πολύ αργότερα εμφανίστηκαν οι επιστήμονες και είπαν: «Για στάσου, αυτά είναι εργαλεία, αυτές είναι λειτουργίες που θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε στη δική μας ερευνητική παλέτα». Έτσι, λοιπόν, αντί να βάλουν τα ταπεινά ανθρώπινα μυαλά σε λειτουργία για να σχεδιάσουν αυτά τα εργαλεία απ' το μηδέν, είχαν στη διάθεσή του αυτές τις λύσεις έτοιμες από τη φύση, αναπτυγμένες και βελτιωμένες σταθερά για εκατομμύρια χρόνια από το σπουδαιότερο μηχανικό όλων. Σας ευχαριστώ. (Χειροκρότημα)
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)