David Anderson: Your brain is more than a bag of chemicals

Translator: Joseph Geni Reviewer: Morton Bast

Translator: Lilia Mladenova Reviewer: Anton Hikov

So raise your hand if you know someone

Вдигнете ръка, ако имате някой близък

in your immediate family or circle of friends

в семейството или приятелския кръг,

who suffers from some form of mental illness.

който страда от форма на умствено заболяване.

Yeah. I thought so. Not surprised.

Да, Така си и мислех, Не съм изненадан.

And raise your hand if you think that

Сега вдигнете ръка, ако мислите, че

basic research on fruit flies has anything to do

изследването на винените мушици има нещо общо

with understanding mental illness in humans.

с разбирането за умствените заболявания на хората.

Yeah. I thought so. I'm also not surprised.

Да. Така си и мислех, Не съм изненадан.

I can see I've got my work cut out for me here.

Виждам, че работата ми е наполовина свършена.

As we heard from Dr. Insel this morning,

Както разбрахме от д-р Инсел тази сутрин,

psychiatric disorders like autism, depression and schizophrenia

психическите отклонения като аутизъм, депресия и шизофрения

take a terrible toll on human suffering.

имат ужасно влияние върху човешкото страдание.

We know much less about their treatment

Знаем много по-малко за тяхното лечение

and the understanding of their basic mechanisms

и разбирането на основния им механизъм,

than we do about diseases of the body.

отколкото знаем за болестите на тялото.

Think about it: In 2013,

Замислете се: През 2013,

the second decade of the millennium,

втората декада на века,

if you're concerned about a cancer diagnosis

ако се опасявате от ракова диагноза

and you go to your doctor, you get bone scans,

и отидете при доктора си, ви изписват костно сканиране,

biopsies and blood tests.

биопсии и кръвни тестове.

In 2013, if you're concerned about a depression diagnosis,

През 2013, ако се притеснявате от диагноза депресия,

you go to your doctor, and what do you get?

отивате при доктора си и какво получавате?

A questionnaire.

Въпросник.

Now, part of the reason for this is that we have

Сега, част от причината за това е, че имаме

an oversimplified and increasingly outmoded view

крайно опростено и изключително старомодно мнение

of the biological basis of psychiatric disorders.

за биологичните основи на психичните отклонения.

We tend to view them --

Склонни сме да ги разглеждаме --

and the popular press aids and abets this view --

и медиите помагат и насърчават за това мнение --

as chemical imbalances in the brain,

като химически дисбаланс в мозъка,

as if the brain were some kind of bag of chemical soup

като че мозъкът е някаква голяма торба с химическа супа,

full of dopamine, serotonin and norepinephrine.

пълна с допамин, серотонин и норепинефирин.

This view is conditioned by the fact

Тази гледна точка се подкрепя от факта,

that many of the drugs that are prescribed to treat these disorders,

че много от лекарствата, изписвани за лечение на отклоненията,

like Prozac, act by globally changing brain chemistry,

например Прозак, действат като тотално променят мозъчната химия,

as if the brain were indeed a bag of chemical soup.

сякаш умът ни наистина е торба с химическа супа.

But that can't be the answer,

Но това не може да е отговорът,

because these drugs actually don't work all that well.

защото тези медикаменти всъщност не влияят толкова добре.

A lot of people won't take them, or stop taking them,

Много хора не ги приемат или спират да го правят,

because of their unpleasant side effects.

заради неприятните им странични ефекти.

These drugs have so many side effects

Тези лекарства имат толкова много,

because using them to treat a complex psychiatric disorder

защото да се опитат да лекуват сложно психично разстройство

is a bit like trying to change your engine oil

е като да опитват да сменят маслото на двигател

by opening a can and pouring it all over the engine block.

като отворят тубата и го излеят върху мотора.

Some of it will dribble into the right place,

Част от маслото ще попадне на правилното място,

but a lot of it will do more harm than good.

но много от него по-скоро ще навреди, отколкото да помогне.

Now, an emerging view

Сега, зараждащо се мнение,

that you also heard about from Dr. Insel this morning,

това също сте чули от д-р Инсел тази сутрин,

is that psychiatric disorders are actually

е че психичните заболявания са действително

disturbances of neural circuits that mediate

разстройства на неврални вериги, които пренасят

emotion, mood and affect.

емоции, настроения и чувства.

When we think about cognition,

Когато мислим за познание,

we analogize the brain to a computer. That's no problem.

правим аналог на мозъка с компютър, Това не е проблем.

Well it turns out that the computer analogy

Излиза, че компютърната аналогия

is just as valid for emotion.

е валидна и за емоциите.

It's just that we don't tend to think about it that way.

Просто не го възприемаме така.

But we know much less about the circuit basis

Но знаем доста малко за невралните вериги

of psychiatric disorders

на психичните разстройства,

because of the overwhelming dominance

поради поразителната доминантност

of this chemical imbalance hypothesis.

на хипотезата за химически дисбаланс.

Now, it's not that chemicals are not important

Сега, не че химическите процеси не са важни

in psychiatric disorders.

при психичните заболявания.

It's just that they don't bathe the brain like soup.

Само че не окъпват мозъка като супа.

Rather, they're released in very specific locations

По-скоро, се освобождават на дадени места

and they act on specific synapses

и действат на определени синапси

to change the flow of information in the brain.

за да променят потока от данни в мозъка.

So if we ever really want to understand

Така че, ако наистина искаме да разберем

the biological basis of psychiatric disorders,

биологичните принципи на психичните отклонения,

we need to pinpoint these locations in the brain

трябва да открием тези места в мозъка,

where these chemicals act.

където действат химикалите.

Otherwise, we're going to keep pouring oil all over our mental engines

В противен случай, ще продължаваме да заливаме с масло умствените двигатели

and suffering the consequences.

и да носим последствията.

Now to begin to overcome our ignorance

За да започнем да преодоляваме невежеството си

of the role of brain chemistry in brain circuitry,

за ролята на мозъчните химични процеси в умствените вериги,

it's helpful to work on what we biologists call

е полезно да работим върху, както биолозите го наричаме,

"model organisms,"

"тестови организми",

animals like fruit flies and laboratory mice,

животни като винените мушици и лабораторните мишки,

in which we can apply powerful genetic techniques

на които можем да приложим силни генетични техники,

to molecularly identify and pinpoint

за да разпознаем молекулярно и да открием

specific classes of neurons,

даден клас неврони,

as you heard about in Allan Jones's talk this morning.

както чухте от Алън Джоунс тази сутрин.

Moreover, once we can do that,

Щом веднъж го направим,

we can actually activate specific neurons

можем действително да активираме дадени неврони

or we can destroy or inhibit the activity of those neurons.

или да унищожим или спрем активността им.

So if we inhibit a particular type of neuron,

Ако ограничим действието на определен вид неврони

and we find that a behavior is blocked,

и видим, че поведение е блокирано,

we can conclude that those neurons

можем да заключим, че тези неврони

are necessary for that behavior.

са необходими за това поведение.

On the other hand, if we activate a group of neurons

От друга страна, ако активираме група неврони

and we find that that produces the behavior,

и видим, че това предизвиква поведение,

we can conclude that those neurons are sufficient for the behavior.

заключваме, че тези неврони са причинителите му.

So in this way, by doing this kind of test,

По този начин, с тези опити,

we can draw cause and effect relationships

можем да извлечем причинно-следствени връзки

between the activity of specific neurons

между активността на специфични неврони

in particular circuits and particular behaviors,

в дадени вериги и определени поведения,

something that is extremely difficult, if not impossible,

нещо изключително трудно, ако не невъзможно,

to do right now in humans.

за постигане в момента при хората.

But can an organism like a fruit fly, which is --

Но може ли организъм като плодовата мушица, която е --

it's a great model organism

е чудесен тестови организъм,

because it's got a small brain,

защото има малък мозък,

it's capable of complex and sophisticated behaviors,

способност за сложни и комплексни поведения,

it breeds quickly, and it's cheap.

диша бързо и е евтино.

But can an organism like this

Но може ли подобен организъм

teach us anything about emotion-like states?

да ни научи нещо за емоционалните състояния?

Do these organisms even have emotion-like states,

Дали тези организми дори имат такива

or are they just little digital robots?

или са просто малки дигитални роботи?

Charles Darwin believed that insects have emotion

Чарлс Дарвин вярвал, че насекомите имат чувства

and express them in their behaviors, as he wrote

и ги изразяват в поведението си, както написал

in his 1872 monograph on the expression of the emotions in man and animals.

през 1872 в монографа за изява на емоции при човека и животните.

And my eponymous colleague, Seymour Benzer, believed it as well.

Моят прочут колега, Сиймор Бензър, също вярваше в това.

Seymour is the man that introduced the use of drosophila

Сиймор е човекът, който въведе употребата на дрозофила

here at CalTech in the '60s as a model organism

тук в CalTech през 60те като тестов организъм,

to study the connection between genes and behavior.

за да изучаваме връзката м/у гени и поведение.

Seymour recruited me to CalTech in the late 1980s.

Сиймор ме привлече в CalTech в края на 1980.

He was my Jedi and my rabbi while he was here,

Той бе моят джедай и равин, докато беше там,

and Seymour taught me both to love flies

и Сиймор ме научи да обичам мушиците

and also to play with science.

и да играя с науката.

So how do we ask this question?

Та как да зададем този въпрос?

It's one thing to believe that flies have emotion-like states,

Едно е да вярваме, че мухите имат емоционални състояния,

but how do we actually find out whether that's true or not?

но как наистина да разберем дали това е така или не?

Now, in humans we often infer emotional states,

Така, при хората често отгатваме емоционални състояния,

as you'll hear later today, from facial expressions.

както ще чуете по-късно днес, от лицеви изражения.

However, it's a little difficult to do that in fruit flies.

Малко е трудно, обаче, да направим това с мухите.

(Laughter)

(Смях)

It's kind of like landing on Mars

Това е като да кацнем на Марс

and looking out the window of your spaceship

и да гледаме през прозореца на совалката

at all the little green men who are surrounding it

към малките зелени човечета, които я обграждат

and trying to figure out, "How do I find out

и опитваме да отгатнем " Как да разбера

if they have emotions or not?"

дали те имат чувства или не?"

What can we do? It's not so easy.

Какво да направим? Не е толкова лесно.

Well, one of the ways that we can start

Е, един от начините, които може да започнем,

is to try to come up with some general characteristics

е да опитаме да направим обща характеристика

or properties of emotion-like states

или свойства на емоционалните състояния

such as arousal, and see if we can identify

като възбудимост и да видим дали можем да открием

any fly behaviors that might exhibit some of those properties.

поведения при мухите, които да проявяват някои от тези свойства.

So three important ones that I can think of

Три важни, за които се сещам,

are persistence, gradations in intensity, and valence.

са постоянство, натрупване на интензивност и валентност.

Persistence means long-lasting.

Упоритост значи дълго съществуване.

We all know that the stimulus that triggers an emotion

Всички знаем, че подбудата, която предизвиква емоция,

causes that emotion to last long after the stimulus is gone.

кара емоцията да продължава дълго след като стимулът го няма.

Gradations of intensity means what it sounds like.

Натрупването на интензитет е както звучи.

You can dial up the intensity or dial down the intensity of an emotion.

Можете на увеличите или намалите интензитета на една емоция.

If you're a little bit unhappy, the corners of your mouth

Ако сте малко нещастни, краищата на устните ви

turn down and you sniffle,

са надолу и подсмърчате,

and if you're very unhappy, tears pour down your face

и ако сте много недоволни, сълзи се стичат по лицето ви

and you might sob.

и може да хлипате.

Valence means good or bad, positive or negative.

Валентност означава добра или лоша, позитивна или негативна.

So we decided to see if flies could be provoked into showing

Решихме да проверим дали можем да провокираме мухите да покажат

the kind of behavior that you see

поведение, което наблюдаваме

by the proverbial wasp at the picnic table,

при прочутата оса на масата за пикник,

you know, the one that keeps coming back to your hamburger

нали знаете, тази, която не престава да се връща при хамбургера ви

the more vigorously you try to swat it away,

колкото по-настоятелно опитвате да я изпъдите,

and it seems to keep getting irritated.

и сякаш става все по-раздразнена.

So we built a device, which we call a puff-o-mat,

Направихме устройства, което наричаме пъф-о-мат,

in which we could deliver little brief air puffs to fruit flies

с който пускаме леки въздушни струйки на винени мушици

in these plastic tubes in our laboratory bench

в пластмасови тръби в лабораторията

and blow them away.

и ги отвяваме.

And what we found is that if we gave these flies

И открихме, че ако ги отвеем

in the puff-o-mat several puffs in a row,

няколко пъти с пъф-о-мата,

they became somewhat hyperactive

ставаха хиперактивни

and continued to run around for some time after the air puffs actually stopped

и продължаваха да се въртят безцелно след като струята е спряна

and took a while to calm down.

и им отнемаше време да се успокоят.

So we quantified this behavior

Определихме количествено това поведението,

using custom locomotor tracking software

използвайки двигателен проследяващ софтуер,

developed with my collaborator Pietro Perona,

разработен със сътрудника ми Пиетро Перона,

who's in the electrical engineering division here at CalTech.

който е в електротехническата дивизия на CalTech

And what this quantification showed us is that,

Тази количественост ни показа, че

upon experiencing a train of these air puffs,

след няколко такива въздушни струи,

the flies appear to enter a kind of state of hyperactivity

мухите изглежда изпадат в състояние на хиперактивност,

which is persistent, long-lasting,

което е устойчиво, продължително,

and also appears to be graded.

а сякаш и постепенно.

More puffs, or more intense puffs,

Още струи, или по-силни такива,

make the state last for a longer period of time.

карат състоянието да се задържи по-дълго

So now we wanted to try to understand something

После искахме да опитаме да разберем

about what controls the duration of this state.

какво контролира продължителността на състоянието.

So we decided to use our puff-o-mat

Решихме да използваме пъф-о-мата

and our automated tracking software

и автоматизирания проследяващ софтуер

to screen through hundreds of lines of mutant fruit flies

да прегледаме стотици мутирали винени мушици,

to see if we could find any that showed abnormal responses to the air puffs.

за да проверим дали ще намерим някои, които да реагират различно на въздушните струи.

And this is one of the great things about fruit flies.

Това е едно от хубавите неща на мушиците.

There are repositories where you can just pick up the phone

Има складове, в които можете просто да се обадите

and order hundreds of vials of flies of different mutants

и да поръчате стотици мушици с различни мутации

and screen them in your assay and then find out

и да ги анализирате, за да откриете

what gene is affected in the mutation.

кой ген е засегнат от мутацията.

So doing the screen, we discovered one mutant

Чрез анализа открихме една мутация,

that took much longer than normal to calm down

на която отнема много по-дълго време за успокояване

after the air puffs,

след въздушната струя

and when we examined the gene that was affected in this mutation,

и когато изследвахме гена, който е повлиян от мутацията,

it turned out to encode a dopamine receptor.

се оказа допаминов рецептор.

That's right -- flies, like people, have dopamine,

Точно така -- мухите, като хората, имат допамин,

and it acts on their brains and on their synapses

и той действа на мозъците и синапсите им

through the same dopamine receptor molecules

чрез същите молекули на допаминови рецептори,

that you and I have.

които вие и аз имаме.

Dopamine plays a number of important functions in the brain,

Допаминът има редица важни функции в мозъка,

including in attention, arousal, reward,

включително за внимание, възбудимост, компенсация

and disorders of the dopamine system have been linked

и аномалии в допаминовата система се свързват

to a number of mental disorders including drug abuse,

с някои умствени разстройства като наркомания,

Parkinson's disease, and ADHD.

Паркинсон и ХРНВ.

Now, in genetics, it's a little counterintuitive.

В генетиката е малко нелогично.

We tend to infer the normal function of something

Отгатваме обичайните функции на нещо

by what doesn't happen when we take it away,

по това какво не се случва, когато го отстраним,

by the opposite of what we see when we take it away.

по противоположното на каквото видим, когато го махнем.

So when we take away the dopamine receptor

Като премахнем допаминовия рецептор

and the flies take longer to calm down,

и на мухите им трябва повече време да се успокоят

from that we infer that the normal function of this receptor and dopamine

заключваме, че нормалната функция на този рецептор и допамина

is to cause the flies to calm down faster after the puff.

е да спомага на мушиците да се успокояват по-бързо след струята.

And that's a bit reminiscent of ADHD,

А това наподобява ХРНВ,

which has been linked to disorders of the dopamine system in humans.

който е свързан с разстройства на допаминовата система при хората.

Indeed, if we increase the levels of dopamine in normal flies

Наистина, ако увеличим нивото на допамин при обикновените мухи

by feeding them cocaine

като им даваме кокаин

after getting the appropriate DEA license

след като вземем разрешително от Агенцията за борба с наркотиците

— oh my God -- (Laughter) —

-- о Боже -- (Смях)

we find indeed that these cocaine-fed flies

откриваме, че действително тези нахранени с кокаин мухи

calm down faster than normal flies do,

се успокояват по-бързо

and that's also reminiscent of ADHD,

и това пак напомня за ХРНВ,

which is often treated with drugs like Ritalin

който често се лекува с лекарства като Риталин,

that act similarly to cocaine.

който действа подобно на кокаин.

So slowly I began to realize that what started out

Бавно започнах да осъзнавам, че това, което започна

as a rather playful attempt to try to annoy fruit flies

като игрив опит да дразним винени мушици

might actually have some relevance to a human psychiatric disorder.

може в действителност да има връзка с човешките психични заболявания.

Now, how far does this analogy go?

Колко далеч се простира тази аналогия?

As many of you know, individuals afflicted with ADHD

Както много от вас знаят, индивидите, засегнати от ХРНВ,

also have learning disabilities.

имат и проблеми със запомнянето.

Is that true of our dopamine receptor mutant flies?

Това важи ли за нашите мухи с мутации на допаминовия рецептор?

Remarkably, the answer is yes.

Изненадващо, отговорът е да.

As Seymour showed back in the 1970s,

Както Сиймор показа през 70те,

flies, like songbirds, as you just heard,

мухи, като пойните птици, както току що чухте,

are capable of learning.

могат да учат.

You can train a fly to avoid an odor, shown here in blue,

Можете да научите муха да избягва аромат, показан тук в синьо,

if you pair that odor with a shock.

ако свържете миризмата с шок.

Then when you give those trained flies the chance to choose

После, когато дадете на тренираните мухи шанс да изберат

between a tube with the shock-paired odor and another odor,

между тръба със синия и с друг аромат,

it avoids the tube containing the blue odor that was paired with shock.

те избягват тази със синия аромат, която е свързана с шок.

Well, if you do this test on dopamine receptor mutant flies,

Е, ако направите този тест на мухи с допамин рецепторни мутации,

they don't learn. Their learning score is zero.

те не се учат. Запомнянето е нулево.

They flunk out of CalTech.

Отпадат от CalTech.

So that means that these flies have two abnormalities,

Това сочи, че тези мухи имат две аномалии

or phenotypes, as we geneticists call them,

или фенотипи, както ги наричаме в генетиката,

that one finds in ADHD: hyperactivity and learning disability.

които се откриват при ХРНВ: хиперактивност и неспособност за заучаване.

Now what's the causal relationship, if anything, between these phenotypes?

Каква е причинната връзка, ако я има, между тези фенотипи?

In ADHD, it's often assumed that the hyperactivity

При ХРНВ често се смята, че хиперактивността

causes the learning disability.

причинява неспособността за заучаване.

The kids can't sit still long enough to focus, so they don't learn.

Децата не могат да стоят спокойно, за да се съсредоточат, и не възприемат.

But it could equally be the case that it's the learning disabilities

Но е абсолютно възможно проблемът с възприемането

that cause the hyperactivity.

да причинява хиперактивността.

Because the kids can't learn, they look for other things to distract their attention.

Тъй като децата не могат да учат, търсят други неща за отвличане на вниманието.

And a final possibility is that there's no relationship at all

И последна вероятност е да няма никаква връзка

between learning disabilities and hyperactivity,

между неспособността за запомняне и хиперактивността,

but that they are caused by a common underlying mechanism in ADHD.

а че са причинени от общ скрит механизъм на ХРНВ.

Now people have been wondering about this for a long time

Хората от много време се питат за това

in humans, but in flies we can actually test this.

при хората, но с мухите можем да го проверим.

And the way that we do this is to delve deeply into the mind

И можем да го направим като ровим дълбоко в съзнанието

of the fly and begin to untangle its circuitry using genetics.

на мушицата и започнем да разплитаме връзките му, използвайки генетиката.

We take our dopamine receptor mutant flies

Взимаме мухи с мутации на допаминовия рецептор

and we genetically restore, or cure, the dopamine receptor

и генетично възстановяваме, или излекуваме, допаминовия рецептор

by putting a good copy of the dopamine receptor gene

като поставяме здраво копие на гена на допаминовия рецептор

back into the fly brain.

обратно в мозъка на мухата.

But in each fly, we put it back only into certain neurons

Но във всяка муха, го връщаме само в определени неврони,

and not in others, and then we test each of these flies

а в други не, и така тестваме всяка от тези мухи

for their ability to learn and for hyperactivity.

за способността им да научават и за хиперактивност.

Remarkably, we find we can completely dissociate these two abnormalities.

Учудващо, открихме, че можем напълно да разграничим тези две аномалии.

If we put a good copy of the dopamine receptor back

Ако сложим здраво копие на допаминовия рецептор обратно,

in this elliptical structure called the central complex,

в тази елипсовидна структура наречена централна част,

the flies are no longer hyperactive, but they still can't learn.

мухите вече не са хиперактивни, но все още не могат да запомнят.

On the other hand, if we put the receptor back in a different structure

От друга страна, ако поставим рецептора в друга структура,

called the mushroom body,

наречена гъбовидно тяло,

the learning deficit is rescued, the flies learn well,

проблемът със запомнянето се избягва, мухите помнят добре,

but they're still hyperactive.

но още са хиперактивни.

What that tells us is that dopamine

Това ни показва, че допаминът

is not bathing the brain of these flies like soup.

не олива мозъка на тези мухи като в супа.

Rather, it's acting to control two different functions

По-скоро, действа, за да контролира различни функции

on two different circuits,

на две отделни вериги.

so the reason there are two things wrong with our dopamine receptor flies

И проблемът с наличието на две нередности с нашите мухи с допамин рецептори

is that the same receptor is controlling two different functions

е, че един и същ рецептор управлява две различни функции

in two different regions of the brain.

в две различни области на мозъка.

Whether the same thing is true in ADHD in humans

Дали същото важи за ХРНВ при хората

we don't know, but these kinds of results

не знаем, но този вид резултати

should at least cause us to consider that possibility.

трябва поне да ни накарат да обмислим вероятността.

So these results make me and my colleagues more convinced than ever

Тези резултати убеждават все повече мен и колегите ми,

that the brain is not a bag of chemical soup,

че мозъкът не е торба с химическа супа,

and it's a mistake to try to treat complex psychiatric disorders

и е грешно да опитваме да лекуваме сложно психично заболяване

just by changing the flavor of the soup.

като само променим вкуса на супата.

What we need to do is to use our ingenuity and our scientific knowledge

Трябва да използваме своята изобретателност и своите научни познания

to try to design a new generation of treatments

и да опитаме да създадем ново поколение на медикаменти,

that are targeted to specific neurons and specific regions of the brain

които действат на дадени неврони и определени области в мозъка,

that are affected in particular psychiatric disorders.

които са засегнати от специфично психично разстройство.

If we can do that, we may be able to cure these disorders

Ако го постигнем, може би ще излекуваме заболяванията

without the unpleasant side effects,

без неприятните странични ефекти,

putting the oil back in our mental engines,

слагайки маслото обратно в мисловния двигател

just where it's needed. Thank you very much.

точно където трябва. Благодаря ви.