I want to tell you guys something about neuroscience. I'm a physicist by training. About three years ago, I left physics to come and try to understand how the brain works. And this is what I found. Lots of people are working on depression. And that's really good, depression is something that we really want to understand.
Sizlere sinirbilimden bahsedeceğim. Fizik eğitimi aldım. Yaklaşık üç yıl önce fiziği beynin çalışma şeklini anlamak için bıraktım. Şunu keşfettim: Birçok insan depresyon üzerine çalışıyor. Harika bir olay, depresyon gerçekten de anlamak istediğimiz bir şey.
Here's how you do it: you take a jar and you fill it up, about halfway, with water. And then you take a mouse, and you put the mouse in the jar, OK? And the mouse swims around for a little while and then at some point, the mouse gets tired and decides to stop swimming. And when it stops swimming, that's depression. OK? And I'm from theoretical physics, so I'm used to people making very sophisticated mathematical models to precisely describe physical phenomena, so when I saw that this is the model for depression, I though to myself, "Oh my God, we have a lot of work to do."
Bunu şöyle yaparız: Bir kavanoz alıp yarısına kadar su ile doldururuz. Sonra bir fareyi alıp onu kavanozun içine atarız. Fare kısa bir süre yüzer, sonra yorulur ve yüzmeyi bırakmaya karar verir. İşte yüzmeyi bıraktığı an depresyondur. Öyle değil mi? Teorik fizik okudum, dolayısıyla fiziksel olayı net olarak tanımlamak için karmaşık matematiksel modeller oluşturan insanlara alışığım, bunun depresyon modeli olduğunu görünce kendi kendime "Aman Tanrım! Yapılacak çok şey var." dedim.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
But this is a kind of general problem in neuroscience. So for example, take emotion. Lots of people want to understand emotion. But you can't study emotion in mice or monkeys because you can't ask them how they're feeling or what they're experiencing. So instead, people who want to understand emotion, typically end up studying what's called motivated behavior, which is code for "what the mouse does when it really, really wants cheese." OK, I could go on and on. I mean, the point is, the NIH spends about 5.5 billion dollars a year on neuroscience research. And yet there have been almost no significant improvements in outcomes for patients with brain diseases in the past 40 years. And I think a lot of that is basically due to the fact that mice might be OK as a model for cancer or diabetes, but the mouse brain is just not sophisticated enough to reproduce human psychology or human brain disease. OK?
Fakat bu sinirbilimin genel bir problemidir. Örneğin, duyguyu ele alın. Pek çok insan duyguyu anlamak ister. Ancak fareler ya da maymunlarla duyguyu inceleyemezsiniz, çünkü ne hissettiklerini veya deneyimlediğini onlara soramazsınız. Buna karşılık, duyguyu anlamak isteyenler sonunda güdülenmiş davranış denilen şeyi incelemeye başlar, yani "peyniri gerçekten istediğinde fare ne yapar" kanunu. Ve saire ve saire. NIH (Ulusal Sağlık Kurumu) sinirbilim araştırmalarına yıllık yaklaşık 5,5 milyar dolar harcıyor. Ancak geçtiğimiz 40 yılda beyin rahatsızlığı geçirenler için sonuçlarda neredeyse önemli bir gelişme hiç olmadı. Bana göre, esasında fareler kanser veya diyabet için iyi bir model olabilir ancak fare beyni insan psikolojisi veya insan beyni rahatsızlıklarını üretebilecek kadar gelişmiş değil. Değil mi?
So if the mouse models are so bad, why are we still using them? Well, it basically boils down to this: the brain is made up of neurons which are these little cells that send electrical signals to each other. If you want to understand how the brain works, you have to be able to measure the electrical activity of these neurons. But to do that, you have to get really close to the neurons with some kind of electrical recording device or a microscope. And so you can do that in mice and you can do it in monkeys, because you can physically put things into their brain but for some reason we still can't do that in humans, OK? So instead, we've invented all these proxies. So the most popular one is probably this, functional MRI, fMRI, which allows you to make these pretty pictures like this, that show which parts of your brain light up when you're engaged in different activities. But this is a proxy. You're not actually measuring neural activity here. What you're doing is you're measuring, essentially, like, blood flow in the brain. Where there's more blood. It's actually where there's more oxygen, but you get the idea, OK?
Peki bu kadar kötü olmasına rağmen neden hâlâ fare modellerini kullanıyoruz? Esas nedeni şu: Beyin nöronlardan oluşur, bunlar birbirine elektrik sinyalleri gönderen küçük hücrelerdir. Beynin çalışma şeklini anlamak için bu nöronların elektriksel aktivitesini ölçebilmeniz gerekir. Bunun içinse nöronların bir çeşit elektrikli kayıt cihazı veya bir mikroskopla çok yakınına girmek gerekir. Bunu farelerde yapabilirsiniz, maymunlarda da çünkü fiziksel olarak onların beynine cihaz koyabiliriz ama bazı nedenlerden dolayı bunu insanlara uygulayamayız. Bunun yerine, alternatif şeyler icat ettik. Muhtemelen en yaygın olanı işlevsel MRI, yani fMRI, bunlar, siz farklı aktvitelerle meşgulken beyninizin hangi kısmının aydınlandığını gösteren bu küçük resimleri yapmanızı sağlar. Bu temsili bir şey. Burada aslında nöral aktiviteyi ölçmüyorsunuz. Yaptığınız şey aslında beyindeki kan akışını ölçmektir. Daha çok kanın olduğu yeri. Yani daha çok oksijenin olduğu yer, tahmin etmişsinizdir.
The other thing that you can do is you can do this -- electroencephalography -- you can put these electrodes on your head, OK? And then you can measure your brain waves. And here, you're actually measuring electrical activity. But you're not measuring the activity of neurons. You're measuring these electrical currents, sloshing back and forth in your brain. So the point is just that these technologies that we have are really measuring the wrong thing. Because, for most of the diseases that we want to understand -- like, Parkinson's is the classic example. In Parkinson's, there's one particular kind of neuron deep in your brain that is responsible for the disease, and these technologies just don't have the resolution that you need to get at that. And so that's why we're still stuck with the animals. Not that anyone wants to be studying depression by putting mice into jars, right? It's just that there's this pervasive sense that it's not possible to look at the activity of neurons in healthy humans.
Yapılabilecek diğer şeyse elektroensefalografidir, bu elektrotları kafanıza yerleştirirsiniz. Sonra da beyin dalgalarını ölçersiniz. Burada da aslında elektriksel aktiviteyi ölçersiniz. Nöronların aktivitesini değil. Beyninizde bir ileri bir geri sıçratarak bu elektrik akımlarını ölçüyorsunuz. Asıl mesele elimizdeki bu teknolojilerin aslında yanlış şeyi ölçüyor olması. Çünkü, anlamak istediğimiz birçok hastalıkta mesela -klasik örneğimiz parkinson- da olduğu gibi. Parkinsonda beynin derinliklerinde hastalığa sebep olan belirli bir nöron türü vardır ve bu teknolojiler de ulaşmaya çalıştığınız sonuca götürmüyor. İşte hâlâ hayvanlara takılıp kalmamızın nedeni bu. Kimse kavanozlara fare koyarak depresyonu incelemek istemez, değil mi? Sağlıklı bireylerde nöronların hareketlerini incelemenin mümkün olmadığına dair yaygın bir görüş var.
So here's what I want to do. I want to take you into the future. To have a look at one way in which I think it could potentially be possible. And I want to preface this by saying, I don't have all the details. So I'm just going to provide you with a kind of outline. But we're going to go the year 2100. Now what does the year 2100 look like? Well, to start with, the climate is a bit warmer that what you're used to.
Yapmak istediğim şey şu: Sizi geleceğe götürmek istiyorum. Muhtemelen gerçekleşeceğini düşündüğüm bir açıdan bakmaya. Bunu tüm detayları bilmediğimi söyleyerek başlamak isterim. Size sadece ana hatları vereceğim. Önce 2100 yılına gideceğiz. 2100 yılı nasıl görünüyor? İlk olarak iklimle başlayalım; alışık olduğunuzdan biraz sıcak olur.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
And that robotic vacuum cleaner that you know and love went through a few generations, and the improvements were not always so good.
Bildiğiniz ve sevdiğiniz elektrikli temizlik robotu birkaç jenerasyon geçmesine rağmen pek de gelişmemiş, gelişmeler hep de iyi olacak değil.
(Laughter)
(Gülüşmeler)
It was not always for the better. But actually, in the year 2100 most things are surprisingly recognizable. It's just the brain is totally different. For example, in the year 2100, we understand the root causes of Alzheimer's. So we can deliver targeted genetic therapies or drugs to stop the degenerative process before it begins. So how did we do it? Well, there were essentially three steps. The first step was that we had to figure out some way to get electrical connections through the skull so we could measure the electrical activity of neurons. And not only that, it had to be easy and risk-free. Something that basically anyone would be OK with, like getting a piercing. Because back in 2017, the only way that we knew of to get through the skull was to drill these holes the size of quarters. You would never let someone do that to you.
Her zaman da iyi olacak değil. Aslında 2100 yılına dair pek çok şey bildiğimiz türden. Farklı olan sadece beyin. Örneğin, 2100 yılında Alzheimer'a sebep olan şeyi anlayacağız. Bozulma sürecini başlamadan önce durdurmak için hedefe yönelik terapi veya ilaçlar geliştirebiliriz. Peki bunu nasıl yaptık? Temel olarak üç aşama vardı. İlk aşamada kafatası üzerinden elektrik bağlantılarını çözmek zorundaydık, böylece nöronların elektriksel aktivitelerini ölçebilecektik. Sadece bu değil, kolay ve risksiz olmalıydı. Herkesin tamam diyebileceği bir şey, mesela piercing taktırmak gibi. 2017 yılında kafatası içine ulaşmanın tek yolu bu deliklerden çeyrekler boyutunda bu delikleri açmaktı. Kimsenin size bunu yapmasına izin vermezdiniz.
So in the 2020s, people began to experiment -- rather than drilling these gigantic holes, drilling microscopic holes, no thicker than a piece of hair. And the idea here was really for diagnosis -- there are lots of times in the diagnosis of brain disorders when you would like to be able to look at the neural activity beneath the skull and being able to drill these microscopic holes would make that much easier for the patient. In the end, it would be like getting a shot. You just go in and you sit down and there's a thing that comes down on your head, and a momentary sting and then it's done, and you can go back about your day. So we're eventually able to do it using lasers to drill the holes. And with the lasers, it was fast and extremely reliable, you couldn't even tell the holes were there, any more than you could tell that one of your hairs was missing. And I know it might sound crazy, using lasers to drill holes in your skull, but back in 2017, people were OK with surgeons shooting lasers into their eyes for corrective surgery So when you're already here, it's not that big of a step. OK?
2020'lerde bu dev delikleri açmaktansa bir saç kılından daha kalın olmayan bu mikroskobik delikleri denemeye başladılar. Bu sadece teşhis amaçlı yapılıyordu, beyin rahatsızlıklarını teşhis ederken kafatası altındaki sinirsel aktiviteleri görmek istenirse çoğu kez yapılırdı. Mikroskobik delikler açmak da bunu daha kolay hale getirecekti. Sonuçta bu vurulmak gibiydi. Gidip oturuyorsunuz, başınıza doğru bir şey gelir, bir anda yapışır ve iş biter, siz de gününüze devam edersiniz. En nihayetinde bu delikleri lazerle açabilir hale geldik. Lazerle hızlı ve son derece güvenliydi, deliklerin var olduğunu söyleyemezdiniz bile, hatta bir telden fazla saçınızın gittiğini de. Lazeri kafatasınızda delik açmak için kullanmak çılgın gelebilir biliyorum, ama 2017 yılına dönersek insanlar düzeltici ameliyatlarda cerrahların lazerle gözlerini delmesine izin veriyordu. Yani zaten bu noktadayken pek de önemli bir adım değil. Öyle değil mi?
So the next step, that happened in the 2030s, was that it's not just about getting through the skull. To measure the activity of neurons, you have to actually make it into the brain tissue itself. And the risk, whenever you put something into the brain tissue, is essentially that of stroke. That you would hit a blood vessel and burst it, and that causes a stroke. So, by the mid 2030s, we had invented these flexible probes that were capable of going around blood vessels, rather than through them. And thus, we could put huge batteries of these probes into the brains of patients and record from thousands of their neurons without any risk to them. And what we discovered, sort of to our surprise, is that the neurons that we could identify were not responding to things like ideas or emotion, which was what we had expected. They were mostly responding to things like Jennifer Aniston or Halle Berry or Justin Trudeau. I mean --
Sonraki aşama ise, 2030 yıllarında ortaya çıkan kafatasının içine girmek değildi. Sinirlerin etkinliğini ölçmek için bunu beyin dokusunun tam içinde yapmak zorundaydınız. Riski ise, beyin dokusu içine bir şey koymanızın inme etkisi yapmasıdır. Bir kan damarına vurup onu patlatırsanız bu da inmeye sebep olur. 2030'ların ortalarında bu esnek sondaları icat ettik, kan damarlarının içinden geçmektense etrafında dolaşabileceklerdi. Böylelikle bu devasa büyüklükte sondaları hastaların beynine yerleştirebiliyor ve hiçbir risk olmaksızın binlerce sinirden kayıt alabiliyorduk. Keşfettiğimiz şey biraz şaşırtıcıydı, keşfettiğimiz bu nöronlar düşünce veya his gibi şeylere cevap vermiyordu; bu tahmin ettiğimiz şeydi. Jennifer Aniston veya Halle Berry gibi şeylere çoğunlukla cevap veriyordu, veya justin Trudeau'ya. Yani--
(Laughter)
(Kahkahalar)
In hindsight, we shouldn't have been that surprised. I mean, what do your neurons spend most of their time thinking about?
Tecrübeyle sabit, pek de şaşırmamalıydık. Yani, sinirleriniz çoğu zamanını neyi düşünerek geçiriyordu?
(Laughter)
(Kahkahalar)
But really, the point is that this technology enabled us to begin studying neuroscience in individuals. So much like the transition to genetics, at the single cell level, we started to study neuroscience, at the single human level.
Hakikaten de bu teknoloji bireylerde sinirbilimi incelememizi sağlamıştı. Tek hücre düzeyinde genetiğe geçiş gibi, tek insan düzeyinde sinirbilim çalışmaya başladık.
But we weren't quite there yet. Because these technologies were still restricted to medical applications, which meant that we were studying sick brains, not healthy brains. Because no matter how safe your technology is, you can't stick something into someone's brain for research purposes. They have to want it. And why would they want it? Because as soon as you have an electrical connection to the brain, you can use it to hook the brain up to a computer. Oh, well, you know, the general public was very skeptical at first. I mean, who wants to hook their brain up to their computers? Well just imagine being able to send an email with a thought.
Ancak tam olarak değil. Çünkü bu teknolojiler hâlâ daha tıbbi uygulamalarla sınırlıydı; yani sağlıklı değil hasta beyinleri inceliyorduk. Sahip olduğunuz teknoloji ne kadar güvenli olsa da araştırma amacıyla kimsenin beynine bir şey yapıştıramazsınız. Bunu istemeleri gerekiyor. Niye istesinler ki? Çünkü beyne herhangi bir elektrik bağlantısı olduğunda bunu beyni bilgisayara bağlamak için kullanabilirsiniz. Tabii genel kanı ilk başta çok şüpheciydi. Yani kim beynini bilgisayara bağlamak ister ki? Bir düşünmeyle e-posta gönderebildiğinizi hayal edin.
(Laughter)
(Kahkahalar)
Imagine being able to take a picture with your eyes, OK?
Gözlerinizle resim çekebildiğinizi düşünün.
(Laughter)
(Kahkahalar)
Imagine never forgetting anything anymore, because anything that you choose to remember will be stored permanently on a hard drive somewhere, able to be recalled at will.
Artık hiçbir şeyi unutmadığınızı düşünün, çünkü istediğinizde hatırlamak üzere her şey bir sabit diskte depolanacak. (Kahkahalar)
(Laughter)
The line here between crazy and visionary was never quite clear. But the systems were safe. So when the FDA decided to deregulate these laser-drilling systems, in 2043, commercial demand just exploded. People started signing their emails, "Please excuse any typos. Sent from my brain."
Buradaki çılgınlık ve önsezi arasındaki çizgi pek belirgin değildi. Ancak sistemler güvenliydi. 2043'te FDA lazerli delme sistemlerinde kısıtlamaları kaldırmaya kara verdiğinde ticari talep patlayacaktı. İnsanlar e-postalarını şöyle imzalayacaktı: "Lütfen yazım hatalarını bağışlayın. Beynimden gönderildi."
(Laughter)
(Kahkahalar)
Commercial systems popped up left and right, offering the latest and greatest in neural interfacing technology. There were 100 electrodes. A thousand electrodes. High bandwidth for only 99.99 a month.
Ticari sistemler sağa sola açılacak, en yeni ve muhteşem sinirsel arayüz teknolojisini sunacaktı. 100 elektrot vardı. Binlerce elektrot. Aylık 99,99 yüksek bant genişliğinde.
(Laughter)
(Kahkahalar)
Soon, everyone had them. And that was the key. Because, in the 2050s, if you were a neuroscientist, you could have someone come into your lab essentially from off the street. And you could have them engaged in some emotional task or social behavior or abstract reasoning, things you could never study in mice. And you could record the activity of their neurons using the interfaces that they already had. And then you could also ask them about what they were experiencing. So this link between psychology and neuroscience that you could never make in the animals, was suddenly there.
Kısa zamanda herkes buna sahip olacaktı. Kilit nokta buydu. Çünkü 2050'lerde sinirbilimci iseniz laboratuvarınıza caddeden geçen birini alabilirsiniz. Onları bazı duygusal görevler veya sosyal davranış ya da soyut akıl yürütme gibi farelerle çalışamadığınız şeylerle meşgul edebilirsiniz. zaten sahip oldukları arayüzleri kullanarak sinirlerinin etkinliğini kaydedebilirsiniz. Sonra da onlara neler hissettiklerini sorabilirsiniz. Böylece hayvanlarda asla yapamayacağınız psikoloji ve sinirbilim arasındaki bu bağ birden ortaya çıkar.
So perhaps the classic example of this was the discovery of the neural basis for insight. That "Aha!" moment, the moment it all comes together, it clicks. And this was discovered by two scientists in 2055, Barry and Late, who observed, in the dorsal prefrontal cortex, how in the brain of someone trying to understand an idea, how different populations of neurons would reorganize themselves -- you're looking at neural activity here in orange -- until finally their activity aligns in a way that leads to positive feedback. Right there. That is understanding.
Belki de bunun en klasik örneği "sezgi"nin sinirsel temelinin keşfiydi. "Hah!" dediğiniz her şeyin anlaşıldığı o an, jeton düşer. Bu, 2055 yılında iki bilim adamı tarafından keşfedildi, Barry ve Late, arka alın korteksinde bir kişinin bir fikri anlamaya çalışma şeklini, farklı yoğunluktaki sinirlerin kendilerini nasıl organize ettiklerini inceledi, -turuncu alanda sinirsel etkinliği görüyorsunuz- ta ki etkinlikleri pozitif geri bildirime benzer bir düzene girene kadar. Tam şurası. Anlama noktası.
So finally, we were able to get at the things that make us human. And that's what really opened the way to major insights from medicine. Because, starting in the 2060s, with the ability to record the neural activity in the brains of patients with these different mental diseases, rather than defining the diseases on the basis of their symptoms, as we had at the beginning of the century, we started to define them on the basis of the actual pathology that we observed at the neural level. So for example, in the case of ADHD, we discovered that there are dozens of different diseases, all of which had been called ADHD at the start of the century, that actually had nothing to do with each other, except that they had similar symptoms. And they needed to be treated in different ways. So it was kind of incredible, in retrospect, that at the beginning of the century, we had been treating all those different diseases with the same drug, just by giving people amphetamine, basically is what we were doing. And schizophrenia and depression are the same way. So rather than prescribing drugs to people essentially at random, as we had, we learned how to predict which drugs would be most effective in which patients, and that just led to this huge improvement in outcomes.
Sonunda, bizi insan yapan şeylere ulaşabilmiştik. Bu, tıpla ilgili önemli şeyleri anlamaya yol açmıştı. 2060'larda, farklı zihinsel hastalıkları olan hastaların beyinlerindeki sinirsel aktiviteleri kaydedebilme yetisiyle hastalıklarını semptomlarına göre tanımlamaktansa yüzyılın başlarında bunları sinirsel düzeyde gözlemlediğimiz gerçek patoloji üzerinden tanımlamaya başladık. Örneğin ADHD (dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğu) vakasında, bir düzine farklı hastalık olduğunu, yüzyılın başında hepsinin ADHD olarak adlandırıldığını, aslında bunların benzer semptomlar dışında birbiriyle alakası olmadığını keşfettik. Bunlara farklı tedavi yolları uygulanmalıydı. Yüzyılın başlarına geri dönüp bakıldığında bu inanılmazdı, tüm bu farklı hastalıkları aynı ilaçla tedavi ediyorduk, yaptığımız şey insanlara sadece amfetamin vermekti. Aynı şekilde şizofreni ve depresyona da. İnsanlara rastgele ilaç yazmaktansa, ilerledikçe hangi hastalarda hangi ilaçların daha etkili olacağını öngörmeyi öğrendik ve bu harika gelişmenin sonuçlarına yön verdik.
OK, I want to bring you back now to the year 2017. Some of this may sound satirical or even far fetched. And some of it is. I mean, I can't actually see into the future. I don't actually know if we're going to be drilling hundreds or thousands of microscopic holes in our heads in 30 years. But what I can tell you is that we're not going to make any progress towards understanding the human brain or human diseases until we figure out how to get at the electrical activity of neurons in healthy humans. And almost no one is working on figuring out how to do that today. That is the future of neuroscience. And I think it's time for neuroscientists to put down the mouse brain and to dedicate the thought and investment necessary to understand the human brain and human disease.
Pekala, şimdi sizi 2017'ye geri getirmek istiyorum. Bazı kısımlar alaycı hatta ihtimal dışı gelebilir. Olabilir. Geleceği tam olarak göremem. 30 yıl içinde beynimize binlerce mikroskobik delik açabilir miyiz gerçekten bilmiyorum. Ancak size şunu söyleyebilirim; insan beynini veya hastalıklarını anlamaya yönelik çalışmalar yapmayacağız, ta ki sağlıklı insanlarda nöronların elektriksel aktivitelerine nasıl ulaşabileceğimizi çözene kadar. Bugün kimse bunun nasıl yapılacağı üzerine çalışmıyor. Sinirbilimin geleceği bu. Bence bu, sinirbilimciler için artık fare beynini bırakıp gereken fikir ve yatırımı insan beynini ve hastalıklarını anlamaya adama zamanı.
Thank you.
Teşekkürler.
(Applause)
(Alkışlar)