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.
Questo è un disegno del cervello che risale a 1000 anni fa. È un diagramma del sistema visivo. E contiene alcune cose che conosciamo bene oggi. Due occhi in basso, il nervo ottico che esce da dietro. C'è un gran naso che non sembra essere collegato a nulla in particolare.
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.
Se lo confrontiamo con rappresentazioni più recenti del sistema visivo, vedrete che le cose si sono complicate abbastanza negli ultimi 1000 anni. Perché oggi possiamo vedere cosa c'è dentro al cervello, non solo vederne la forma nel complesso.
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.
Immaginate di voler capire come funziona un computer e tutto ciò che si vede sono una tastiera, un mouse e uno schermo. La fortuna non giocherebbe a vostro favore. Vorreste poterlo aprire, spaccarlo, guardare l'impianto al suo interno. E fino a poco più di un secolo fa, con il cervello nessuno era in grado di farlo. Nessuno poteva dare un'occhiata all'impianto dentro al cervello.
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.
Perché se estraete il cervello dal cranio ne tagliate una sezione sottile e la mettete sotto un microscopio potentissimo, non vedete niente. È grigia, informe. Non c'è una struttura. Non vi dirà nulla.
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.
Ma tutto cambiò alla fine del XIX secolo, quando nacquero nuovi agenti chimici per la colorazione dei tessuti che permisero di vedere per la prima volta l'impianto del cervello. Avevamo spaccato il computer.
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.
Quello che ha davvero dato il via alle moderne neuroscienze è una macchia anche detta "reazione nera" o metodo di Golgi, che funziona in un modo molto particolare. Anziché colorare tutte le cellule presenti in un tessuto, ne colora solo l'uno per cento. Schiarisce la foresta, ne rivela gli alberi all'interno. Se tutto venisse etichettato, niente sarebbe visibile. In un certo senso, mostra quello che c'è all'interno.
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.
Il neuroanatomista spagnolo Santiago Ramon y Cajal, da tutti considerato il padre delle neuroscienze moderne, applicò il metodo di Golgi, che fornisce dati di questo tipo, e ci diede il concetto moderno di cellula nervosa, il neurone. Se si pensa al cervello come a un computer, questo è il transistor. Molto presto Cajal si rese conto che i neuroni non operano da soli, ma piuttosto formano connessioni con gli altri che formano circuiti come quelli di un computer. Oggi, un secolo più tardi, per visualizzare i neuroni, i ricercatori li accendono dall'interno anziché oscurarli. Esistono molti modi per farlo, ma uno dei più comuni prevede l'utilizzo di una proteina verde fluorescente, che, curiosamente, proviene da una medusa bioluminiscente, ed è molto utile. Perché se si riesce ad ottenere il gene di questa proteina e somministrarlo a una cellula, tale cellula emetterà una luce verde -- oppure con una delle tante varianti di questa proteina, si otterrà una cellula che emette una luce di colori diversi.
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.
Ora, tornando al cervello, questa immagine mostra un topo transgenico detto "Brainbow". Naturalmente si chiama così perché tutti questi neuroni emettono luci di colori diversi.
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.
A volte i neuroscienziati devono identificare singoli componenti molecolari dei neuroni, molecole, anziché l'intera cellula. I modi per farlo sono tanti, ma uno dei più comuni comporta l'utilizzo degli anticorpi. Naturalmente tutti conoscete gli anticorpi come il braccio destro del sistema immunitario. Ma si è scoperto che sono così utili al sistema immunitario perché possono riconoscere specifiche molecole, come, ad esempio, la proteina codice di un virus che sta invadendo il corpo. I ricercatori si sono serviti di questo aspetto per riconoscere molecole specifiche all'interno del cervello, per riconoscere specifiche sottostrutture della cellula e identificarle singolarmente.
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.
Molte delle immagini che vi ho mostrato qui sono bellissime, ma sono anche molto potenti. Hanno un enorme potere esplicativo. Ad esempio, questa è la colorazione di un anticorpo contro i trasportatori della serotonina in una sezione di cervello di topo.
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.
E, naturalmente, avete sentito parlare di serotonina, nel contesto di malattie quali la depressione e gli attacchi d'ansia. Avrete sentito parlare di SSRI, che sono farmaci utilizzati per trattare queste malattie. E per comprendere come funziona la serotonina, è cruciale capire dove si trova il meccanismo della serotonina. E la colorazione con anticorpi come questa può essere impiegata per comprendere questioni di quel genere.
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)
Vorrei lasciarvi con questo pensiero: Gli anticorpi e la proteina verde fluorescente sono entrambi prodotti completamente naturali all'origine. Li ha sviluppati la natura affinché una medusa potesse illuminarsi di verde per un qualsiasi motivo, o per rilevare la proteina codice di un virus che ci sta invadendo. E solo molto tempo dopo, apparvero sulla scena gli scienziati a dire: "Ehi, questi sono strumenti, sono funzioni che potremmo inserire nella nostra cassetta degli attrezzi per la ricerca". E anziché impiegare le nostre deboli menti umane nella progettazione ex novo di questi strumenti, la natura aveva queste soluzioni pronte per l'uso già sviluppate e raffinate con costanza per milioni di anni dal più grande di tutti gli ingegneri. Grazie. (Applausi)