Σκεφτείτε πως περάσατε τη μέρα σας για λίγο. Ξυπνήσατε, νιώσατε τον φρέσκο αέρα στο πρόσωπό σας βγαίνοντας έξω, συναντήσατε καινούργιους συναδέλφους και είχατε σπουδαίες συζητήσεις, και νιώσατε δέος όταν μάθατε κάτι καινούργιο. Αλλά στοιχηματίζω ότι υπάρχει κάτι από την μέρα σας που δεν σκεφτήκατε -- κάτι τόσο οικείο που πιθανότατα πολύ συχνά δεν το σκέφτεστε καθόλου. Και αυτό είναι πως όλες οι αισθήσεις, τα συναισθήματα, οι αποφάσεις και οι πράξεις διαμεσολαβούν από τον υπολογιστή στο κεφάλι σας που ονομάζεται εγκέφαλος.
Think about your day for a second. You woke up, felt fresh air on your face as you walked out the door, encountered new colleagues and had great discussions and felt in awe when you found something new. But I bet there's something you didn't think about today, something so close to home, you probably don't think about it very often at all. And that's that all those sensations, feelings, decisions and actions are mediated by the computer in your head called your brain.
Ο εγκέφαλος μπορεί να μην φαίνεται εντυπωσιακός εξωτερικά -- μερικά κιλά ροζ-γκρι σάρκας, άμορφης -- αλλά τα τελευταία εκατό χρόνια της νευροεπιστήμης μας επέτρεψαν να δούμε βαθύτερα μέσα στον εγκέφαλο και να δούμε την περιπλοκότητα που βρίσκεται εκεί μέσα. Και γνωρίζουμε πως αυτός ο εγκέφαλος είναι ένα απίστευτα περίπλοκο κύκλωμα φτιαγμένο από εκατοντάδες δισεκατομμύρια κύτταρα που ονομάζονται νευρώνες. Αντίθετα με έναν υπολογιστή σχεδιασμένο από ανθρώπους, όπου υπάρχει ένας αρκετά μικρός αριθμός διαφορετικών κομματιών -- ξέρουμε πως δουλεύουν, επειδή τα σχεδιάσαμε εμείς οι άνθρωποι -- ο εγκέφαλος είναι φτιαγμένος από χιλιάδες διαφορετικά είδη κυττάρων, ίσως δεκάδες χιλιάδες. Εμφανίζονται σε διαφορετικά σχήματα· είναι φτιαγμένα από διαφορετικά μόρια· και προβάλλουν και συνδέονται σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου. Επίσης αλλάζουν με διαφορετικούς τρόπους σε διαφορετικές καταστάσεις ασθένειας.
Now, the brain may not look like much from the outside -- a couple pounds of pinkish-gray flesh, amorphous. But the last 100 years of neuroscience have allowed us to zoom in on the brain and to see the intricacy of what lies within. And they've told us that this brain is an incredibly complicated circuit made out of hundreds of billions of cells called neurons. Now, unlike a human-designed computer, where there's a fairly small number of different parts, and we know how they work because we humans designed them, the brain is made out of thousands of different kinds of cells, maybe tens of thousands. They come in different shapes; they're made out of different molecules; they project and connect to different brain regions. They also change in different ways in different disease states.
Ας το συγκεκριμενοποιήσουμε. Υπάρχει μια κλάση κυττάρων, ένα αρκετά μικρό κύτταρο, ένα ανασταλτικό κύτταρο, που κατασιγάζει τους γείτονές του. Είναι ένα από τα κύτταρα που φαίνονται να ατροφούν σε περιπτώσεις όπως η σχιζοφρένεια. Λέγεται το κύτταρο καλάθι. Και αυτό το κύτταρο είναι ένα από τα χιλιάδες είδη κυττάρων για τα οποία μαθαίνουμε. Ανακαλύπτονται καινούργια κάθε μέρα. Ένα δεύτερο παράδειγμα: αυτά τα πυραμιδικά κύτταρα, μεγάλα κύτταρα, μπορούν να επεκταθούν σε ένα σημαντικό μέρος του εγκεφάλου. Είναι διεγερτικά. Και αυτά είναι μερικά από τα κύτταρα που μπορεί να υπερλειτουργούν σε διαταραχές όπως η επιληψία. Καθένα από αυτά τα κύτταρα είναι μια απίστευτη ηλεκτρική συσκευή. Λαμβάνουν δεδομένα από χιλιάδες προγενέστερους συνεργάτες και υπολογίζουν την δικιά τους ηλεκτρική έξοδο, η οποία, εάν ξεπεράσει ένα συγκεκριμένο όριο, θα πάει σε χιλιάδες μεταγενέστερους συνεργάτες. Και αυτή η διαδικασία, η οποία χρειάζεται περίπου ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, συμβαίνει χιλιάδες φορές το λεπτό σε καθένα από τα 100 δισεκατομμύρια κύτταρα, καθ' όλη την διάρκεια της ζωής σας που σκέφτεστε και αισθάνεστε.
Let's make it concrete. There's a class of cells, a fairly small cell, an inhibitory cell, that quiets its neighbors. It's one of the cells that seems to be atrophied in disorders like schizophrenia. It's called the basket cell. And this cell is one of the thousands of kinds of cell that we're learning about. New ones are being discovered every day. As just a second example: these pyramidal cells, large cells, can span a significant fraction of the brain. They're excitatory. And these are some of the cells that might be overactive in disorders such as epilepsy. Every one of these cells is an incredible electrical device. They receive inputs from thousands of upstream partners and compute their own electrical outputs, which then, if they pass a certain threshold, will go to thousands of downstream partners. And this process, which takes just a millisecond or so, happens thousands of times a minute in every one of your 100 billion cells, as long as you live and think and feel. So how are we going to figure out what this circuit does?
Πώς λοιπόν θα ανακαλύψουμε τι ακριβώς κάνει αυτό το κύκλωμα; Ιδανικά, θα μπορούσαμε να διασχίσουμε το κύκλωμα και να ενεργοποιήσουμε και απενεργοποιήσουμε αυτά τα διαφορετικά είδη κυττάρων και να δούμε εάν θα μπορούσαμε να ανακαλύψουμε ποιά από αυτά συντελούν σε συγκεκριμένες λειτουργίες και ποιές λειτουργούν λανθασμένα σε συγκεκριμένες παθολογίες. Εάν θα μπορούσαμε να ενεργοποιήσουμε κύτταρα, θα μπορούσαμε να δούμε ποιές δυνάμεις μπορούν να απελευθερώσουν τί μπορούν να ξεκινήσουν και να αντέξουν. Εάν μπορούσαμε να τα απενεργοποιήσουμε, τότε θα μπορούσαμε να δοκιμάσουμε και να ανακαλύψουμε σε τι χρησιμεύουν. Και αυτήν είναι μια ιστορία που θα σας πω σήμερα. Και ειλικρινά, αυτά που έχουμε βιώσει τα τελευταία 11 χρόνια, μέσα από μια προσπάθεια να βρούμε τρόπους ενεργοποίησης και απενεργοποίησης κυκλωμάτων και κυττάρων και τμημάτων και διαδρομών του εγκεφάλου, για την κατανόηση της επιστήμης, και επίσης να αντιμετωπίσουμε κάποια από τα θέματα που είναι κοινά σε όλους τους ανθρώπους.
Ideally, we could go through this circuit and turn these different kinds of cell on and off and see whether we could figure out which ones contribute to certain functions and which ones go wrong in certain pathologies. If we could activate cells, we could see what powers they can unleash, what they can initiate and sustain. If we could turn them off, then we could try and figure out what they're necessary for. And that's the story I'm going to tell you about today. And honestly, where we've gone through over the last 11 years, through an attempt to find ways of turning circuits and cells and parts and pathways of the brain on and off, both to understand the science and also to confront some of the issues that face us all as humans.
Προτού σας πω για την τεχνολογία, τα άσχημα νέα είναι ότι ένα μεγάλο πλήθος από εμάς στο δωμάτιο, εάν ζήσουμε αρκετό καιρό, θα αντιμετωπίσουμε, πιθανώς, μια διαταραχή του εγκεφάλου. Ήδη, ένα δισεκατομμύριο άνθρωποι είχαν κάποιου είδους εγκεφαλικής διαταραχής που τους εξουδετερώνει. Αλλά οι αριθμοί δεν το αποτυπώνουν ακριβώς. Αυτές οι διαταραχές -- σχιζοφρένεια, Αλτσχάιμερ, κατάθλιψη, εθισμός -- όχι μόνο κλέβουν το χρόνο από τη ζωή μας, αλλά αλλάζουν το ποιοί είμαστε· αφαιρούν τις ταυτότητές μας και αλλάζουν τα συναισθήματά μας -- και αλλάζουν το ποιοί είμαστε ως άνθρωποι. Στον εικοστό αιώνα, υπήρχε ελπίδα που είχε δημιουργηθεί μέσω της ανάπτυξης φαρμακευτικών αγωγών για την θεραπεία εγκεφαλικών διαταραχών. Και ενώ πολλά φάρμακα έχουν αναπτυχθεί που μπορούν να μετριάσουν τα συμπτώματα των εγκεφαλικών διαταραχών, πρακτικά καμία από αυτές δεν μπορούμε να θεωρήσουμε ότι θεραπεύονται. Και μέρος αυτού είναι επειδή πλημμυρίζουμε τον εγκέφαλο με χημικά. Αυτό το περίτεχνο κύκλωμα φτιαγμένο από χιλιάδες διαφορετικά είδη κυττάρων κολυμπάει σε μια ουσία. Ίσως γι' αυτό, πιθανώς τα περισσότερα φάρμακα, και όχι όλα, στην αγορά μπορούν να παρουσιάσουν επίσης κάποιου είδους σοβαρή παρενέργεια.
Now, before I tell you about the technology, the bad news is that a significant fraction of us in this room, if we live long enough, will encounter, perhaps, a brain disorder. Already, a billion people have had some kind of brain disorder that incapacitates them. The numbers don't do it justice, though. These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's, depression, addiction -- they not only steal away our time to live, they change who we are. They take our identity and change our emotions and change who we are as people. Now, in the 20th century, there was some hope that was generated through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders. And while many drugs have been developed that can alleviate symptoms of brain disorders, practically none of them can be considered to be cured. In part, that's because, if you think about it, we're bathing the brain in a chemical -- this elaborate circuit, made of thousands of different kinds of cell -- is being bathed in a substance. That's also why most of the drugs, not all, on the market can present some kind of serious side effect too.
Κάποιοι άνθρωποι έχουν βρει παρηγοριά σε ηλεκτρικούς διεγέρτες που είναι εμφυτευμένοι στον εγκέφαλο. Και για την νόσο του Πάρκινσον, κοχλιακά εμφυτεύματα, αυτά όντως έχουν την δυνατότητα να λειτουργήσουν ως κάποιου είδους θεραπεία σε ανθρώπους με συγκεκριμένα είδη διαταραχών. Αλλά η ηλεκτρική ενέργεια πηγαίνει προς όλες τις κατευθύνσεις -- το μονοπάτι με τη λιγότερη αντίσταση, από το οποίο, μερικώς, προέρχεται αυτή η φράση. Επίσης θα επηρεάσει φυσιολογικά κυκλώματα όπως και τα μη φυσιολογικά που θέλουμε να διορθώσουμε. Πάλι, επιστρέφουμε στην ιδέα του υπερβολικά ακριβή ελέγχου. Μπορούμε να πληκτρολογήσουμε πληροφορίες για το πού ακριβώς θέλουμε να πάμε;
Now some people have gotten some solace from electrical stimulators that are implanted in the brain, for Parkinson's disease or cochlear implants. These have indeed been able to bring some kind of remedy to people with certain kinds of disorders. But electricity also will go in all directions -- the path of least resistance -- which is where that phrase, in part, comes from, and will also affect normal circuits, as well as the abnormal ones you want to fix. So again, we're sent back to the idea of ultraprecise control: Could we dial in information precisely where we want it to go?
Όταν ξεκίνησα στην νευροεπιστήμη πριν 11 χρόνια, είχα εκπαιδευτεί ως ηλεκτρολόγος μηχανικός και φυσικός, και το πρώτο πράγμα που σκέφτηκα ήταν, εάν αυτοί οι νευρώνες είναι ηλεκτρικές συσκευές, το μόνο που χρειάζεται να κάνουμε είναι να βρούμε έναν τρόπο να οδηγήσουμε αυτές τις ηλεκτρικές αλλαγές σε κάποια απόσταση. Εάν μπορούμε να ενεργοποιήσουμε ηλεκτρικά ένα κύτταρο, αλλά όχι τους γείτονές του, θα είχαμε το εργαλείο που χρειαζόμαστε για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση αυτών των διαφορετικών κυττάρων, να ανακαλύψουμε τί κάνουν και πώς συμβάλλουν στα δίκτυα που είναι ενσωματωμένα. Επίσης θα μας επέτρεπε να έχουμε τον υπερβολικά ακριβή έλεγχο που χρειαζόμαστε για να φτιάξουμε τα κυκλώματα που δυσλειτουργούν. Πως θα το κάνουμε λοιπόν αυτό; Υπάρχουν αρκετά μόρια που υπάρχουν στη φύση, που έχουν τη δυνατότητα να μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Μπορείτε να τα φανταστείτε ως μικρές πρωτεΐνες που μοιάζουν με ηλιακά κύτταρα. Αν μπορούμε κάπως να εγκαταστήσουμε αυτά τα μόρια στους νευρώνες, τότε αυτοί οι νευρώνες θα μπορούσαν να ελεγχθούν ηλεκτρικά με το φως. Και οι γείτονές τους, που δεν έχουν το μόριο, δεν θα μπορούσαν. Υπάρχει άλλο ένα μαγικό κόλπο που χρειάζεστε για να γίνουν όλα αυτά δυνατά, και αυτό είναι η ικανότητα του να βάλετε φως στον εγκέφαλο. Και για να το κάνετε αυτό -- ο εγκέφαλος δεν νιώθει πόνο -- μπορείτε να βάλετε -- εκμεταλλευόμενοι όλης της προσπάθειας που έχει γίνει πάνω στο Διαδίκτυο και στις επικοινωνίες και τα λοιπά -- οπτικές ίνες συνδεδεμένες σε λέιζερ που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε, για παράδειγμα σε ζωικά μοντέλα, σε προκλινικές μελέτες, αυτούς τους νευρώνες και να δείτε τι κάνουν.
So, when I started in neuroscience 11 years ago -- I had trained as an electrical engineer and a physicist -- the first thing I thought about was, if these neurons are electrical devices, all we need to do is to find some way of driving those electrical changes at a distance. If we could turn on the electricity in one cell but not its neighbors, that'd give us the tool to activate and shut down these different cells to figure out what they do and how they contribute to the networks in which they're embedded. It would also allow us to have the ultraprecise control we need to fix the circuit computations that have gone awry. Now, how are we going to do that? Well, there are many molecules that exist in nature which are able to convert light into electricity. You can think of them as little proteins that are like solar cells. If we install these molecules in neurons somehow, then these neurons would become electrically drivable with light, and their neighbors, which don't have this molecule, would not. There's one other magic trick you need to make this happen: the ability to get light into the brain. The brain doesn't feel pain. Taking advantage of all the effort that's gone into the internet, telecommunications, etc., you can put optical fibers connected to lasers to activate -- in animal models, for example, in preclinical studies -- these neurons and see what they do.
Πως το κάνουμε αυτό λοιπόν; Γύρω στο 2004, σε συνεργασία με τον Γκίραλντ Νάγκελ και τον Καρλ Ντέισεροθ, αυτό το όραμα καρποφόρησε. Υπάρχει ένα συγκεκριμένο φύκι που κολυμπάει στην άγρια φύση, και χρειάζεται να οδηγηθεί προς το φως έτσι ώστε να φωτοσυνθέσει με το βέλτιστο τρόπο. Και αντιλαμβάνεται το φώς με ένα μικρό σημείο-μάτι που λειτουργεί όχι διαφορετικά από τα δικά μας μάτια. Στην μεμβράνη του, ή στο όριό του, περιέχει μικρές πρωτεΐνες που όντως μπορούν να μετατρέψουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτά τα μόρια λέγονται τσανελροδοψίνες. Και κάθε μια από αυτές τις πρωτεΐνες δρα όπως αυτό το ηλιακό κύτταρο για το οποίο σας είπα. Όταν το χτυπήσει το μπλε φως, ανοίγει μια μικρή τρύπα και επιτρέπει φορτισμένα σωματίδια να εισχωρήσουν από το σημείο-μάτι. Και αυτό επιτρέπει σ' αυτό το σημείο να διαθέτει ηλεκτρικό σήμα όπως ένα ηλιακό κύτταρο που φορτίζει μια μπαταρία.
So how do we do this? Around 2004, in collaboration with Georg Nagel and Karl Deisseroth, this vision came to fruition. There's a certain alga that swims in the wild, and it needs to navigate towards light in order to photosynthesize optimally. And it senses light with a little eyespot, which works not unlike how our eye works. In its membrane, or its boundary, it contains little proteins that indeed can convert light into electricity. These molecules are called channelrhodopsins. And each of these proteins acts just like that solar cell that I told you about. When blue light hits it, it opens a little hole and allows charged particles to enter the eyespot; that allows this eyespot to have an electrical signal, just like a solar cell charging a battery.
Αυτό λοιπόν που πρέπει να κάνουμε είναι να πάρουμε αυτά τα μόρια και κάπως να τα εγκαταστήσουμε στους νευρώνες. Και επειδή είναι πρωτεΐνη, είναι κωδικοποιημένο στο DNA του οργανισμού. Το μόνο λοιπόν που έχουμε να κάνουμε είναι να πάρουμε αυτό το DNA, να το βάλουμε σε μια διανυσματική θεραπεία γονιδίου, όπως ένας ιός, και να το βάλουμε στους νευρώνες. Απ' ότι αποδείχτηκε αυτός ήταν πολύ παραγωγικός ο χρόνος στην γονιδιακή θεραπεία, και ερχόντουσαν πολλοί ιοί. Τελικά αποδείχθηκε πως ήταν πολύ απλό να γίνει. Και νωρίς το πρωί μια μέρα το καλοκαίρι του 2004, το δοκιμάσαμε, και δούλεψε με την πρώτη προσπάθεια. Παίρνεις αυτό το DNA και το βάζεις σ' έναν νευρώνα. Ο νευρώνας χρησιμοποιεί τον φυσικό μηχανισμό κατασκευής πρωτεϊνών για να κατασκευάσει αυτές τις μικρές φωτοευαίσθητες πρωτεΐνες και να τις εγκαταστήσει σ' όλο το κύτταρο, σαν να βάζουμε φωτοβολταϊκά στοιχεία στην οροφή. Και στην συνέχεια, έχεις έναν νευρώνα που μπορεί να ενεργοποιηθεί με φως. Αυτό είναι πολύ ισχυρό.
So what we need to do is take these molecules and somehow install them in neurons. And because it's a protein, it's encoded for in the DNA of this organism. So all we've got to do is take that DNA, put it into a gene therapy vector, like a virus, and put it into neurons. And this was a very productive time in gene therapy, and lots of viruses were coming along, so this turned out to be fairly simple. Early in the morning one day in the summer of 2004, we gave it a try, and it worked on the first try. You take this DNA and put it into the neuron. The neuron uses its natural protein-making machinery to fabricate these little light-sensitive proteins and install them all over the cell, like putting solar panels on a roof. And the next thing you know, you have a neuron which can be activated with light. So this is very powerful.
Ένα από τα τρικ που πρέπει να κάνεις είναι να καταλάβεις πως να μεταφέρεις αυτά τα γονίδια στα κύτταρα που θέλεις και όχι σ' όλους τους υπόλοιπους γείτονες. Και μπορεί να γίνει αυτό· μπορούμε να τροποποιήσουμε τους ιούς έτσι ώστε να χτυπούν μερικά κύτταρα και όχι άλλα. Και υπάρχουν και άλλα γενετικά κόλπα που μπορούν να γίνουν έτσι ώστε να έχουμε ενεργοποιούμενα από φως κύτταρα. Αυτό το πεδίο είναι πλέον γνωστό ως οπτογενετική. Και σαν ένα παράδειγμα για τα πράγματα που μπορούμε να κάνουμε, μπορούμε να πάρουμε ένα πολυσύνθετο δίκτυο, να χρησιμοποιήσουμε έναν από αυτούς τους ιούς για να μεταφερθεί το γονίδιο μόνο σε ένα είδους κύτταρο σ' αυτό το πυκνό δίκτυο. Και μετά, όταν ρίχνουμε φως σ' ολόκληρο το δίκτυο, θα ενεργοποιηθεί μόνο αυτού του τύπου το κύτταρο.
One of the tricks you have to do is figure out how to deliver these genes to the cells you want and not all the other neighbors. And you can do that; you can tweak the viruses so they hit some cells and not others. And there's other genetic tricks you can play in order to get light-activated cells. This field has now come to be known as "optogenetics." And just as one example of the kind of thing you can do, you can take a complex network, use one of these viruses to deliver the gene just to one kind of cell in this dense network. And then when you shine light on the entire network, just that cell type will be activated.
Για παράδειγμα, ας σκεφτούμε το κύτταρο καλάθι που προανέφερα -- αυτό που ατροφεί στην σχιζοφρένεια και είναι ανασταλτικό. Αν μπορέσουμε να μεταφέρουμε αυτό το γονίδιο σ' αυτά τα κύτταρα -- και δεν μεταλλαχθούν από την γονιδιακή έκφραση, φυσικά -- και μετά ρίξουμε μπλε φως σ' όλο το δίκτυο του εγκεφάλου, θα ενεργοποιηθούν μόνο αυτά τα κύτταρα. Και όταν το φως κλείσει, αυτά τα κύτταρα επιστρέφουν στην αρχική τους λειτουργία, δεν φαίνεται να αποστρέφονται κατά της διαδικασίας. Όχι μόνο μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε για να μελετήσουμε τι κάνουν αυτά τα κύτταρα, ποιος είναι ο ρόλος τους στην υπολογιστική ικανότητα του εγκεφάλου, αλλά μπορούμε επίσης να το χρησιμοποιήσουμε για να ανακαλύψουμε -- ίσως θα μπορούσαμε να ζωηρέψουμε την δραστηριότητα αυτών των κυττάρων, αν όντως είναι ατροφικά.
For example, let's consider that basket cell I told you about earlier, the one that's atrophied in schizophrenia and the one that is inhibitory. If we can deliver that gene to these cells -- they won't be altered by the expression of the gene, of course -- then flash blue light over the entire brain network, just these cells are going to be driven. And when the light turns off, these cells go back to normal; there don't seem to be adverse events. Not only can you study what these cells do, what their power is in computing in the brain, you can also use this to try to figure out if we could jazz up the activity of these cells if indeed, they're atrophied.
Θα ήθελα τώρα να σας πω μερικές σύντομες ιστορίες σχετικά με το πως το χρησιμοποιούμε αυτό, και στο επιστημονικό, κλινικό και προκλινικό επίπεδο. Μία από τις ερωτήσεις που αντιμετωπίσαμε είναι, ποια είναι τα σήματα στον εγκέφαλο που μεσολαβούν στην αίσθηση της ανταμοιβής; Επειδή αν θα μπορούσαμε να τα βρούμε, θα ήταν μερικά από τα σήματα που υποκινούν την μάθηση. Ο εγκέφαλος θα κάνει περισσότερο από οτιδήποτε πήρε αυτή την ανταμοιβή. Επίσης, αυτά είναι τα σήματα που πηγαίνουν στραβά σε διαταραχές όπως ο εθισμός. Αν μπορούσαμε λοιπόν να καταλάβουμε τι κύτταρα είναι, ίσως θα μπορούσαμε να βρούμε νέους στόχους για τους οποίους θα μπορούσαν να σχεδιαστούν ή να ελεγθούν φάρμακα, ή ίσως μέρη όπου θα μπορούσαν να τοποθετηθούν ηλεκτρόδια για ανθρώπους με σοβαρές αναπηρίες. Για να το κάνουμε λοιπόν αυτό, σκεφτήκαμε ένα απλό πρότυπο σε συνεργασία με τον όμιλο Φιορέλα, όπου η μια πλευρά αυτού του κουτιού, αν το ζώο πάει εκεί, το ζώο δέχεται έναν παλμό φωτός έτσι ώστε διαφορετικά κύτταρα στον εγκέφαλο να γίνουν ευαίσθητα στο φως. Αν λοιπόν αυτά τα κύτταρα μεσολαβούν στην αίσθηση της ανταμοιβής, το ζώο θα πρέπει να πηγαίνει εκεί ολοένα και περισσότερο. Και όντως αυτό συμβαίνει.
I want to tell you some short stories about how we're using this both at the scientific clinical and preclinical levels. One of the questions that we've confronted is: What signals in the brain mediate the sensation of reward? Because if you could find those, those would be some of the signals that could drive learning; the brain will do more of what got that reward. These are also signals that go awry in disorders such as addiction. So if we could figure out what cells they are, we could maybe find new targets for which drugs can be designed or screened against or maybe places where electrodes could be put in for people who have severe disability. To do that, we came up with a very simple paradigm in collaboration with the Fiorillo group, where, if the animal goes to one side of this little box, it gets a pulse of light. And we'll make different cells in the brain sensitive to light. If these cells can mediate reward, the animal should go there more and more. And that's what happens.
Το ζώο θα πάει στην δεξιά πλευρά και θα βάλει τη μύτη του εκεί, και δέχεται μια δέσμη από μπλε φως κάθε φορά που το κάνει αυτό. Και θα το κάνει αυτό εκατοντάδες φορές. Αυτοί είναι οι νευρώνες ντοπαμίνης, για τους οποίους κάποιοι από σας ίσως έχουν ακούσει σε κάποια σημεία απόλαυσης στον εγκέφαλο. Έχουμε δείξει ότι μία σύντομη ενεργοποίηση αυτών είναι αρκετή, όντως, για να δώσουν ώθηση στην μάθηση. Τώρα μπορούμε να γενικεύσουμε την ιδέα. Αντί για ένα σημείο στον εγκέφαλο, μπορούμε να φτιάξουμε συσκευές που επεκτείνονται στον εγκέφαλο, που μπορούν να μεταφέρουν φως σε τρισδιάστατα μοτίβα -- συστοιχίες οπτικών ινών, καθεμιά αντιστοιχισμένοι σε μια μοναδική μικροσκοπική δέσμη φωτεινής πηγής. Και μετά μπορούμε να δοκιμάσουμε πράγματα in vivo που μέχρι σήμερα έχουν γίνει μόνο σε πιάτο -- όπως υψηλής συχνότητας προβολή σε όλον τον εγκέφαλο για σήματα που μπορούν να προκαλέσουν συγκεκριμένα πράγματα. Ή θα μπορούσαν να είναι καλοί κλινικοί σκοποί για την θεραπεία εγκεφαλικών διαταραχών.
The animal goes to the right-hand side and pokes his nose there and gets a flash of blue light every time he does it. He'll do that hundreds of times. These are the dopamine neurons, in some of the pleasure centers in the brain. We've shown that a brief activation of these is enough to drive learning. Now we can generalize the idea. Instead of one point in the brain, we can devise devices that span the brain, that can deliver light into three-dimensional patterns -- arrays of optical fibers, each coupled to its own independent miniature light source. Then we can try to do things in vivo that have only been done to date in a dish, like high-throughput screening throughout the entire brain for the signals that can cause certain things to happen or that could be good clinical targets for treating brain disorders.
Και μια ιστορία που θέλω να σας πω είναι πως μπορούμε να βρίσκουμε στόχους για να θεραπεύουμε την διαταραχή του μετατραυματικού στρες -- μιας μορφής ανεξέλεγκτου άγχους και φόβου. Και ένα από τα πράγματα που κάναμε ήταν να υιοθετήσουμε ένα πολύ κλασσικό μοντέλο φόβου. Αυτό μας γυρίζει πίσω στις μέρες του Παύλωφ. Ονομάζεται Παυλόφια εξάρτηση φόβου -- ένα σήμα ήχου τελειώνει με ένα μικρό σοκ. Το σοκ δεν είναι επίπονο, αλλά είναι λίγο ενοχλητικό. Και με τον καιρό -- σ' αυτή την περίπτωση, ένα ποντίκι, που είναι καλό ζωικό μοντέλο, κοινώς χρησιμοποιούμενο σε τέτοια πειράματα -- το ζώο μαθαίνει να φοβάται τον τόνο. Το ζώο θα αντιδράσει παγώνοντας. όπως ένα ελάφι που το χτυπάει έντονο φως. Η ερώτηση είναι, τι στόχους μπορούμε να βρούμε στον εγκέφαλο που μας επιτρέπουν να ξεπερνάμε αυτόν το φόβο; Αυτό που κάνουμε λοιπόν είναι να παίξουμε αυτόν τον τόνο ξανά αφότου έχει συσχετιστεί με τον φόβο. Αλλά ενεργοποιούμε στόχους στον εγκέφαλο, διαφορετικούς, χρησιμοποιώντας αυτή τη συστοιχία από οπτικές ίνες για την οποία σας μίλησα στην προηγούμενη διαφάνεια, έτσι ώστε να προσπαθήσουμε να καταλάβουμε ποιοι στόχοι μπορούν να προκαλέσουν τον εγκέφαλο να ξεπεράσει αυτή την ανάμνηση του φόβου.
One story I want to tell you about is: How can we find targets for treating post-traumatic stress disorder, a form of uncontrolled anxiety and fear? One of the things that we did was to adopt a very classical model of fear. This goes back to the Pavlovian days. It's called Pavlovian fear conditioning, where a tone ends with a brief shock. The shock isn't painful, but it's a little annoying. And over time -- in this case, a mouse, which is a good animal model, commonly used in such experiments -- the animal learns to fear the tone. It will react by freezing, sort of like a deer in the headlights. Now the question is: What targets in the brain can we find that allow us to overcome this fear? So we play that tone again, after it's been associated with fear. But we activate different targets in the brain, using that optical fiber array I showed on the previous slide, in order to try and figure out which targets can cause the brain to overcome that memory of fear.
Σ’ αυτό λοιπόν το σύντομο βίντεο βλέπετε έναν από τους στόχους πάνω στον οποίο δουλεύουμε τώρα. Αυτή είναι μια περιοχή στον προμετωπιαίο φλοιό, μια περιοχή όπου μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε νόηση για να δοκιμάσουμε να ξεπεράσουμε αποτρόπαιες συναισθηματικές καταστάσεις. Και το ζώο θα ακούσει ένα τόνο -- και μια δέσμη φωτός έπεσε εκεί. Δεν υπάρχει ήχος σ’ αυτό, αλλά μπορείτε να δείτε το ζώο να παγώνει. Αυτός ο τόνος συνήθιζε να σημαίνει κακά νέα. Και υπάρχει ένα μικρό ρολόι στην αριστερή κάτω γωνία, άρα μπορείτε να δείτε το ζώο να εμπλέκεται δύο λεπτά σ’ αυτό. Και τώρα αυτό το επόμενο κλιπ είναι μόνο οκτώ λεπτά αργότερα. Και θα παιχτεί ο ίδιος τόνος, και το φως θα ανάψει ξανά. Οκέι, ξεκινάει. Τώρα. Και τώρα μπορείτε να δείτε, 10 λεπτά μετά το πείραμα, ότι εξοπλίσαμε τον εγκέφαλο φωτοενεργοποιώντας την περιοχή για να ξεπεράσουμε την έκφραση αυτής της ανάμνησης του φόβου.
This brief video shows you one of these targets that we're working on now. This is an area in the prefrontal cortex, a region where we can use cognition to try to overcome aversive emotional states. The animal hears a tone. A flash of light occurs. There's no audio, but you see that the animal freezes -- the tone used to mean bad news. There's a little clock in the lower left-hand corner. You can see the animal is about two minutes into this. This next clip is just eight minutes later. And the same tone is going to play, and the light is going to flash again. OK, there it goes. Right ... now. And now you can see, just 10 minutes into the experiment, that we've equipped the brain, by photoactivating this area, to overcome the expression of this fear memory.
Τα τελευταία χρόνια, επιστρέψαμε στο δέντρο της ζωής, επειδή θέλαμε να βρούμε τρόπους να απενεργοποιήσουμε κυκλώματα στον εγκέφαλο. Αν μπορούσαμε να το κάνουμε αυτό, θα ήταν πολύ ισχυρό. Αν μπορείς να διαγράψεις κύτταρα μόνο για λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου ή δευτερόλεπτα, μπορείς να καταλάβεις ποιον σημαντικό ρόλο παίζουν στα κυκλώματα στα οποία είναι ενσωματωμένα. Έχουμε τώρα μελετήσει οργανισμούς από όλο το δέντρο της ζωής -- κάθε βασίλειο της ζωής εκτός από τα ζώα, τα βλέπουμε ελαφρώς διαφορετικά. Και βρήκαμε όλα τα είδη μορίων, ονομάζονται χαλορχοδοψίνες ή αρχαιοδοψίνες, και ανταποκρίνονται σε πράσινο και κίτρινο φως. Και κάνουν την αντίθετη λειτουργία από το μόριο για το οποίο σας μίλησα πριν με τον ενεργοποιητή φωτός τσανελροδοψίνη.
Over the last couple years, we've gone back to the tree of life, because we wanted to find ways to turn circuits in the brain off. If we could do that, this could be extremely powerful. If you can delete cells for a few milliseconds or seconds, you can figure out what role they play in the circuits in which they're embedded. We surveyed organisms from all over the tree of life -- every kingdom of life but animals; we see slightly differently. We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins, that respond to green and yellow light. And they do the opposite of the molecule I told you about before, with the blue light activator, channelrhodopsin.
Ας δώσω ένα παράδειγμα σχετικά με το που θεωρούμε ότι οδηγείται αυτό. Σκεφτείτε για παράδειγμα μια πάθηση όπως η επιληψία, όπου ο εγκέφαλος είναι υπερδραστήριος. Εάν τα φάρμακα αποτύχουν στην θεραπεία της επιληψίας, μία από τις στρατηγικές είναι να αφαιρεθεί μέρος του εγκεφάλου. Αλλά αυτό προφανώς είναι μη αναστρέψιμο, και θα μπορούσαν να υπάρξουν παρενέργειες. Τι θα γινόταν εάν μπορούσαμε να κλείσουμε τον εγκέφαλο για ένα μικρό χρονικό διάστημα, μέχρι η κρίση επιληψίας να σταματήσει, και να επιτρέψει στον εγκέφαλο να αποκατασταθεί στην αρχική του κατάσταση -- όπως ένα δυναμικό σύστημα το οποίο σταδιακά καταλήγει σε μια σταθερή κατάσταση. Αυτή λοιπόν η κινούμενη εικόνα προσπαθεί να εξηγήσει αυτή την ιδέα όπου κάναμε αυτά τα κύτταρα ευαίσθητα στο να απενεργοποιούνται με φώς, και ρίχνουμε φώς, και απλώς για την χρονική διάρκεια που χρειάζεται για να σταματήσει η επιληπτική κρίση, ελπίζουμε να είμαστε ικανοί να την απενεργοποιήσουμε. Δεν έχουμε λοιπόν δεδομένα για να σας δείξουμε εδώ, αλλά είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι μ' αυτό.
Let's give an example of where we think this is going to go. Consider, for example, a condition like epilepsy, where the brain is overactive. Now, if drugs fail in epileptic treatment, one of the strategies is to remove part of the brain, but that's irreversible, and there could be side effects. What if we could just turn off that brain for the brief amount of time until the seizure dies away, and cause the brain to be restored to its initial state, like a dynamical system that's being coaxed down into a stable state? This animation tries to explain this concept where we made these cells sensitive to being turned off with light, and we beam light in, and just for the time it takes to shut down a seizure, we're hoping to be able to turn it off. We don't have data to show you on this front, but we're very excited about this.
Θα ήθελα να κλείσω με μια ιστορία, η οποία νομίζουμε ότι είναι άλλη μια δυνατότητα -- όπου πιθανόν αυτά τα μόρια, εάν μπορούμε να τα ελέγχουμε με υπερβολική ακρίβεια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον ίδιο τον εγκέφαλο για να φτιάξουμε ένα νέο είδους προσθετικού, ένα οπτικό προσθετικό. Σας έχω πει ήδη πως αυτοί οι ηλεκτροδιεγέρτες δεν είναι ασυνήθιστοι. 75,000 άνθρωποι έχουν διεγέρτες εμφυτευμένους βαθιά στο κεφάλι τους για την ασθένεια Πάρκινσον. Μπορεί 100,000 άνθρωποι να έχουν κοχλιακά εμφυτεύματα, που τους επιτρέπουν να ακούν. Είναι ένα άλλο θέμα, όπου πρέπει να τοποθετηθούν αυτά τα γονίδια στα κύτταρα. Και νέα ελπίδα στην γενετική θεραπεία έχει αναπτυχθεί επειδή ιοί σαν τον αδενοσυσχετιζόμενο ιό, που πιθανότατα οι περισσότεροι από εμάς σε αυτό το δωμάτιο έχουμε, και δεν έχει κάποιο σύμπτωμα, που έχουν χρησιμοποιηθεί σε εκατοντάδες ασθενείς να μεταφέρουν γονίδια στον εγκέφαλο ή το σώμα. Και μέχρι στιγμής, δεν έχουν αναφερθεί σοβαρά αντίθετα γεγονότα συσχετιζόμενα με τον ιό.
I want to close on one story, which we think is another possibility, which is that maybe these molecules, if you can do ultraprecise control, can be used in the brain itself to make a new kind of prosthetic, an optical prosthetic. I already told you that electrical stimulators are not uncommon. Seventy-five thousand people have Parkinson's deep-brain stimulators implanted, maybe 100,000 people have cochlear implants, which allow them to hear. Another thing -- you've got to get these genes into cells. A new hope in gene therapy has been developed, because viruses like the adeno-associated virus -- which probably most of us around this room have; it doesn't have any symptoms -- have been used in hundreds of patients to deliver genes into the brain or the body. And so far, there have not been serious adverse events associated with the virus.
Υπάρχει ένας τελευταίος ελέφαντας στο δωμάτιο, οι ίδιες οι πρωτεΐνες, οι οποίες προέρχονται από φύκια και βακτήρια και μύκητες, από όλο το δέντρο της ζωής. Οι περισσότεροι δεν έχουμε μύκητες ή φύκια στους εγκεφάλους μας, άρα τι θα κάνει ο εγκέφαλος εάν τα τοποθετήσουμε; Θα το ανεχτούν τα κύτταρα; Θα αντιδράσει το ανοσοποιητικό σύστημα; Στις πρώτες τους μέρες -- δεν έχουν δοκιμαστεί σε ανθρώπους ακόμα -- αλλά δουλεύουμε σε μια πληθώρα από μελέτες για να το δοκιμάσουμε και να το μελετήσουμε. Και μέχρι στιγμής δεν έχουμε δει εμφανείς αντιδράσεις οποιασδήποτε βαρύτητας σε αυτά τα μόρια ή στον φωτισμό του εγκεφάλου. Είναι ακόμα νωρίς, προκαταβολικά, αλλά είμαστε ενθουσιασμένοι γι' αυτό.
There's one last elephant in the room: the proteins themselves, which come from algae, bacteria and funguses and all over the tree of life. Most of us don't have funguses or algae in our brains, so what will our brain do if we put that in? Will the cells tolerate it? Will the immune system react? It's early -- these haven't been done in humans yet -- but we're working on a variety of studies to examine this. So far, we haven't seen overt reactions of any severity to these molecules or to the illumination of the brain with light. So it's early days, to be upfront, but we're excited about it.
Θέλω να κλείσω με μια ιστορία, η οποία θεωρούμε θα μπορούσε δυνητικά να είναι κλινική εφαρμογή. Υπάρχουν πολλά είδη τύφλωσης όπου οι φωτοϋποδοχείς, οι ανιχνευτές φωτός που είναι στο πίσω μέρος του ματιού, έχουν εξαφανιστεί. Και ο αμφιβληστροειδής, φυσικά, είναι μια περίπλοκη δομή. Ας μεγεθύνουμε εδώ, έτσι ώστε να μπορούμε να το δούμε με περισσότερη λεπτομέρεια. Τα κύτταρα φωτοϋποδοχείς φαίνονται εδώ στην κορυφή, και τότε το σήμα που ανιχνεύεται από τους φωτοϋποδοχείς μεταμορφώνονται από διάφορους υπολογισμούς, μέχρι τελικά αυτό το στρώμα των κυττάρων στο κάτω μέρος, τα γαγγλιακά κύτταρα, μεταφέρουν την πληροφορία στον εγκέφαλο, όπου το βλέπουμε ως αντίληψη. Σε αρκετές μορφές τύφλωσης, όπως στη μελαγχρωστική αμφιβληστροειδοπάθεια, ή στην εκφύλιση της ωχράς κηλίδας, τα κύτταρα φωτοϋποδοχείς έχουν ατροφήσει ή καταστραφεί. Πως θα μπορούσε να επιδιορθωθεί αυτό; Δεν είναι καν ξεκάθαρο το πως ένα φάρμακο θα μπορούσε να το αποκαταστήσει, επειδή δεν υπάρχει κάτι για το φάρμακο για να δεσμευτεί. Από την άλλη πλευρά, το φως μπορεί ακόμα να μπει στο μάτι. Το μάτι είναι ακόμα διαφανές και μπορεί να περάσει φως απ' αυτό. Εάν μπορούσαμε να πάρουμε αυτές τις τσανελροδοψίνες και άλλα μόρια και να τα εγκαταστήσουμε σε μερικά από αυτά τα περίσσια κύτταρα και να τα μετατρέψουμε σε μικρές κάμερες. Και επειδή υπάρχει πληθώρα από αυτά τα κύτταρα στο μάτι, δυνητικά, θα ήταν πολύ υψηλής ανάλυσης κάμερες.
I wanted to close with one story, which we think could potentially be a clinical application. Now, there are many forms of blindness where the photoreceptors -- light sensors in the back of our eye -- are gone. And the retina is a complex structure. Let's zoom in on it so we can see it in more detail. The photoreceptor cells are shown here at the top. The signals that are detected by the photoreceptors are transformed via various computations until finally, the layer of cells at the bottom, the ganglion cells, relay the information to the brain, where we see that as perception. In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa or macular degeneration, the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed. Now, how could you repair this? It's not even clear that a drug could cause this to be restored, since there's nothing for the drug to bind to. On the other hand, light can still get into the eye. The eye is still transparent and you can get light in. So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules and install them on some of these other spared cells and convert them into little cameras? And because there are so many of these cells in the eye, potentially, they could be very high-resolution cameras.
Αυτή είναι μια εργασία πάνω στην οποία δουλεύουμε. Ηγείται από έναν από τους συνεργάτες μας, Άλαν Χόρσαγκερ του Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνιας, και πρόκειται να διατεθεί στο εμπόριο από μια νεοσύστατη εταιρία Έος Νευροεπιστήμη, χρηματοδοτούμενη από το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας. Και εδώ βλέπετε ένα ποντίκι που προσπαθεί να λύσει έναν λαβύρινθο. Είναι ένας λαβύρινθος έξι αδιεξόδων. Και υπάρχει λίγο νερό στον λαβύρινθο ώστε να ενθαρρυνθεί το ποντίκι να μετακινηθεί, αλλιώς θα καθόταν απλώς εκεί. Και ο στόχος, φυσικά, από αυτόν τον λαβύρινθο είναι να βγει από το νερό και να πάει σε μία μικρή πλατφόρμα που είναι κάτω από την φωτιζόμενη θύρα. Τα ποντίκια είναι έξυπνα, έτσι αυτό το ποντίκι τελικά λύνει τον λαβύρινθο, αλλά κάνει εξαντλητική αναζήτηση. Κολυμπάει σε κάθε διάδρομο μέχρι τελικά να φτάσει στην πλατφόρμα. Δεν χρησιμοποιεί όραση για να το κάνει. Αυτά τα διαφορετικά ποντίκια είναι διαφορετικές μεταλλάξεις που αντικατοπτρίζουν διαφορετικά είδη τύφλωσης που επηρεάζουν τους ανθρώπους. Έτσι είμαστε προσεκτικοί στο να προσπαθούμε να δούμε αυτά τα διαφορετικά μοντέλα, και να βγάλουμε μια γενική προσέγγιση.
This is some work that we're doing, led by one of our collaborators, Alan Horsager at USC, and being sought to be commercialized by a start-up company, Eos Neuroscience, which is funded by the NIH. What you see here is a mouse trying to solve a six-arm maze. There's a bit of water to motivate the mouse to move or he'll just sit there. The goal of this maze is to get out of the water and go to a little platform that's under the lit top port. Mice are smart, so this one solves the maze eventually, but he does a brute-force search. He's swimming down every avenue until he finally gets to the platform. He's not using vision to do it. These different mice are different mutations that recapitulate different kinds of blindness that affect humans. So we're being careful in trying to look at these different models so we come up with a generalized approach.
Πώς μπορούμε να το λύσουμε αυτό; Θα κάνουμε ακριβώς αυτό που περιγράψαμε στην προηγούμενη διαφάνεια. Θα πάρουμε αυτούς τους φωτοευαίσθητους στο μπλε αισθητήρες και θα τους εγκαταστήσουμε σε ένα επίπεδο από κύτταρα στην μέση του αμφιβληστροειδούς στο πίσω μέρος του ματιού και να τα μετατρέψουμε σε κάμερα. Ακριβώς όπως εγκαθιστούμε φωτοευαίσθητα κύτταρα σε αυτούς τους νευρώνες για να τους κάνουμε ευαίσθητους στο φώς. Το φώς μετατρέπεται σε ηλεκτρισμό σε αυτούς. Έτσι το ποντίκι ήταν τυφλό για μερικές εβδομάδες πριν από αυτό το πείραμα και έλαβε μια δόση από αυτό το φωτοευαίσθητο μόριο σε έναν ιό. Και όπως μπορείτε να δείτε, το ζώο μπορεί κανονικά να αποφύγει τοίχους και να πάει σε αυτή τη μικρή πλατφόρμα και να έχει πάλι γνωστική χρήση των ματιών του. Και να τονίσω την δύναμη αυτού: αυτά τα ζώα είναι ικανά να ανέβουν σε αυτή τη πλατφόρμα το ίδιο γρήγορα με ζώα που βλέπουν καθ’ όλη την διάρκεια της ζωής τους. Σε αυτή την προκλινική μελέτη, νομίζω, προμηνύεται η ελπίδα για το είδος των πραγμάτων που ευχόμαστε να κάνουμε στο μέλλον.
So how can we solve this? We'll do exactly what we outlined in the previous slide. We'll take these blue light photo sensors and install them onto a layer of cells in the middle of the retina in the back of the eye and convert them into a camera -- just like installing solar cells all over those neurons to make them light-sensitive. Light is converted to electricity on them. So this mouse was blind a couple weeks before this experiment and received one dose of this photosensitive molecule on a virus. And now you can see, the animal can indeed avoid walls and go to this little platform and make cognitive use of its eyes again. And to point out the power of this: these animals can get to that platform just as fast as animals that have seen their entire lives. So this preclinical study, I think, bodes hope for the kinds of things we're hoping to do in the future.
Για να κλείσω, θέλω να τονίσω ότι εξερευνούμε και νέα επιχειρηματικά μοντέλα για αυτό το νέο τομέα της νευροεπιστήμης. Αναπτύσσουμε αυτά τα εργαλεία, αλλά τα μοιραζόμαστε ελεύθερα με εκατοντάδες ομάδες σε όλον τον κόσμο, ώστε οι άνθρωποι να μπορούν να μελετήσουν και να δοκιμάσουν να γιατρέψουν διαφορετικές διαταραχές. Και η ελπίδα μας είναι πως, με την ανακάλυψη της λειτουργίας των εγκεφαλικών κυκλωμάτων σε ένα επίπεδο αφαίρεσης που μας επιτρέπει να τα επιδιορθώσουμε και να τα μελετήσουμε, μπορούμε να πάρουμε μερικές από αυτές τις δισεπίλυτες διαταραχές που προανέφερα, πρακτικά καμία δεν είναι ιάσιμη, και στον 21ο αιώνα να τις κάνουμε παρελθόν.
We're also exploring new business models for this new field of neurotechnology. We're developing tools and sharing them freely with hundreds of groups all over the world for them to study and try to treat different disorders. Our hope is that by figuring out brain circuits at a level of abstraction that lets us repair them and engineer them, we can take some of these intractable disorders I mentioned earlier, practically none of which are cured, and in the 21st century, make them history.
Ευχαριστώ.
Thank you.
(Χειροκρότημα)
(Applause)
Χουάν Ενρίκεζ: Μερικά από αυτά είναι λίγο πυκνά. (Γέλια) Αλλά οι επιπτώσεις του να μπορείς να ελέγξεις επιληπτικές κρίσεις με φως αντί για φάρμακα, και να μπορείς να στοχεύσεις αυτές συγκεκριμένα είναι ένα πρώτο βήμα. Το δεύτερο πράγμα που νομίζω ότι άκουσα να λες είναι πως μπορείτε να ελέγξετε τον εγκέφαλο με δυο χρώματα. Σαν ένα διακόπτη.
Juan Enriquez: So some of this stuff is a little dense. (Laughter) But the implications of being able to control seizures or epilepsy with light instead of drugs and being able to target those specifically is a first step. The second thing that I think I heard you say is you can now control the brain in two colors,
Εντ Μπόυντεν: Σωστά.
like an on-off switch.
ΧΕ: Το οποίο κάνει κάθε σήμα που διαπερνά τον εγκέφαλο ένα δυαδικό κώδικα.
Ed Boyden: That's right.
ΕΜ: Ναι, σωστά. Έτσι με μπλε φώς, μπορούμε να καθοδηγήσουμε πληροφορίες, και είναι στην μορφή της μονάδας. Και με την απενεργοποίηση τους, είναι λίγο πολύ το μηδέν. Η ελπίδα μας είναι τελικά να χτίσουμε εγκεφαλικούς συνεπεξεργαστές που θα λειτουργούν με τον εγκέφαλο, ώστε να μπορούμε να αυξήσουμε λειτουργίες σε ανθρώπους με ειδικές ανάγκες.
JE: Which makes every impulse going through the brain a binary code. EB: Right. With blue light, we can drive information, and it's in the form of a one. And by turning things off, it's more or less a zero. Our hope is to eventually build brain coprocessors that work with the brain so we can augment functions in people with disabilities.
ΧΕ: Και θεωρητικά, αυτό σημαίνει πως, όπως ένα ποντίκι νιώθει, μυρίζει, ακούει, αισθάνεται, μπορείτε να το μοντελοποιήσετε σε μια σειρά από μονάδες και μηδενικά.
JE: And in theory, that means that, as a mouse feels, smells, hears, touches, you can model it out as a string of ones and zeros.
ΕΜ: Φυσικά, ναι. Ελπίζουμε να το χρησιμοποιήσουμε ως έναν τρόπο ελέγχου τι είδους νευρωνικοί κώδικες μπορούν να οδηγήσουν σε συγκεκριμένες συμπεριφορές και συγκεκριμένες σκέψεις και συγκεκριμένες αισθήσεις, και να το χρησιμοποιήσουμε ώστε να καταλάβουμε περισσότερα για τον εγκέφαλο.
EB: Yeah. We're hoping to use this as a way of testing what neural codes can drive certain behaviors and certain thoughts and certain feelings and use that to understand more about the brain.
ΧΕ: Αυτό σημαίνει πως μια μέρα θα μπορούμε να κατεβάσουμε αναμνήσεις και πιθανών να τις ανεβάσουμε;
JE: Does that mean that someday you could download memories and maybe upload them?
ΕΜ: Λοιπόν αυτό είναι κάτι που ξεκινήσαμε να εργαζόμαστε πολύ σκληρά. Δουλεύουμε πάνω σε κάποια εργασία όπου προσπαθούμε να πλαισιώσουμε τον εγκέφαλο και με στοιχεία εγγραφής. Ώστε να μπορούμε να εγγράψουμε πληροφορίες και να οδηγήσουμε τις πληροφορίες πάλι μέσα -- κατά κάποιο τρόπο να υπολογίζουμε τι χρειάζεται ο εγκέφαλος έτσι ώστε να αυξηθεί η επεξεργασία πληροφορίας.
EB: That's something we're starting to work on very hard. We're now working on trying to tile the brain with recording elements, too, so we can record information and then drive information back in -- sort of computing what the brain needs in order to augment its information processing.
ΧΕ: Λοιπόν, αυτό μπορεί να αλλάξει μερικά πράγματα. Σε ευχαριστώ. (ΕΜ: Ευχαριστώ πολύ.)
JE: Well, that might change a couple things. Thank you.
(Χειροκρότημα)
EB: Thank you.