Ed Boyden: A light switch for neurons

Translator: Ekaterina Atanasova Reviewer: Mihail Stoychev

За секунда помислете за своя ден.

Think about your day for a second.

You woke up, felt fresh air on your face as you walked out the door,

Събудили сте се, почувствали сте свежия въздух върху лицето си, излизайки през вратата,

encountered new colleagues and had great discussions

срещнали сте нови колеги и сте провели страхотни дискусии,

и сте почувствали страхопочитание, когато сте открили нещо ново.

and felt in awe when you found something new.

Но се обзалагам, че има нещо, за което не сте помислили днес -

But I bet there's something you didn't think about today,

нещо толкова близко до дома,

something so close to home,

че вероятно не мислите почти никога за него.

you probably don't think about it very often at all.

И това е, че всички усещания, чувства,

And that's that all those sensations, feelings, decisions and actions

решения и действия

са осъществени от компютъра в нашата глава,

are mediated by the computer in your head

наречен мозък.

called your brain.

Now, the brain may not look like much from the outside --

Мозъкът може да не изглежда като кой знае какво отвън -

няколко паунда розово-сива плът,

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

аморфен -

amorphous.

But the last 100 years of neuroscience have allowed us to zoom in on the brain

но последните сто години в невронауката

ни позволиха да се фокусираме върху мозъка

and to see the intricacy of what lies within.

и да съзрем сложността, която се крие вътре.

And they've told us that this brain is an incredibly complicated circuit

И те ни показаха, че мозъкът

е една невероятно сложна верига,

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

съставена от стотици милиарди клетки, наречени неврони.

Now, unlike a human-designed computer,

За разлика от създадения от човека компютър,

where there's a fairly small number of different parts,

където има сравнително малък брой различни части -

знаем как работят, защото ние хората сме ги проектирали -

and we know how they work because we humans designed them,

the brain is made out of thousands of different kinds of cells,

мозъкът е съставен от хиляди различни видове клетки,

може би десетки хиляди.

maybe tens of thousands.

They come in different shapes; they're made out of different molecules;

Те имат различни форми, съставят ги различни молекули;

и те проектират и свързват различни региони в мозъка.

they project and connect to different brain regions.

И те също така се променят по различни начини в различни болестни състояния.

They also change in different ways in different disease states.

Нека бъдем по-конкретни.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Има клас клетки,

a fairly small cell, an inhibitory cell, that quiets its neighbors.

сравнително малка клетка, инхибиторна клетка, която утихва съседите си.

Това е една от клетките, която излиза, че е атрофирала при заболявания като шизофрения.

It's one of the cells that seems to be atrophied

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

Нарича се клетката-кошница.

And this cell is one of the thousands of kinds of cell

И тази клетка е една от хилядите видове клетки,

които ние изучаваме.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

Нови биват открити всеки ден.

Като втори пример:

As just a second example:

these pyramidal cells, large cells, can span a significant fraction

тези пирамидални клетки, големи клетки,

те могат да обхванат значителна част от мозъка.

of the brain.

Те са възбудителни.

They're excitatory.

И това са някои от клетките,

And these are some of the cells that might be overactive

които могат да бъдат свръхактивни при заболявания като епилепсия.

in disorders such as epilepsy.

Всяка една от тези клетки

Every one of these cells is an incredible electrical device.

е едно изключително електрическо устройство.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Те получават данни от хиляди партньори нагоре по веригата

и изчисляват своята собствена електрическа продуктивност,

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

която след това, ако те преминат определен праг,

ще отиде до хиляди партньори надолу по веригата.

will go to thousands of downstream partners.

И този процес, който трае само около една милисекунда,

And this process, which takes just a millisecond or so,

happens thousands of times a minute in every one of your 100 billion cells,

се осъществява хиляди пъти в минута,

във всяка една от вашите 100 милиарда клетки,

as long as you live and think and feel.

докато сте живи

и мислите, и чувствате.

So how are we going to figure out what this circuit does?

Така че как ще разберем какво прави тази верига?

В идеалния случай може да преминем през веригата

Ideally, we could go through this circuit

и да включваме и изключваме тези различни видове клетки,

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

и да видим дали можем да разберем

which ones contribute to certain functions

кои участват в определени функции

and which ones go wrong in certain pathologies.

и кои се объркват в някои патологии.

Ако можехме да активираме клетки, бихме могли да видим какви сили могат да разгърнат,

If we could activate cells, we could see what powers they can unleash,

какво могат да инициират и поддържат.

what they can initiate and sustain.

Ако можехме да ги изключим,

If we could turn them off,

then we could try and figure out what they're necessary for.

тогава бихме могли да се опитаме да разберем за какво са необходими те.

И това е историята, която ще ви разкажа днес.

And that's the story I'm going to tell you about today.

Честно казано, къде сме преминали през последните 11 години,

And honestly, where we've gone through over the last 11 years,

в опит да намерим начини

through an attempt to find ways

of turning circuits and cells and parts and pathways of the brain

за включване и изключване на вериги и клетки, и части, и пътища

в мозъка,

on and off,

както, за да разберем науката

both to understand the science

and also to confront some of the issues that face us all as humans.

също така и за да посрещнем някои от последиците,

пред които се изправяме като хора.

Now, before I tell you about the technology,

Преди да ви разкажа за технологията,

the bad news is that a significant fraction of us in this room,

лошата новина е, че значителна част от нас в тази стая,

ако живеем достатъчно дълго,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

ще се сблъскаме, може би, с мозъчно нарушение.

Вече един милиард души

Already, a billion people have had some kind of brain disorder

са имали някакво мозъчно нарушение,

което ги е направило неспособни.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

И числата не използват целия си потенциал.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Тези заболявания - шизофрения, Алцхаймер,

депресия, пристрастяване -

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

те не само отнемат времето ни за живот, те променят това, което сме;

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

те отнемат идентичността ни и променят емоциите ни -

and change who we are as people.

и променят това, което сме като хора.

Now, in the 20th century,

През 20-ти век

имаше надежда, която беше предизвикана

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

от развитието на фармацевтиката за третиране на мозъчни нарушения.

И докато много лекарства бяха разработени,

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

които могат да облекчат симптомите на мозъчните нарушения,

практически никое от тях не може да се счете за излекувано.

practically none of them can be considered to be cured.

In part, that's because, if you think about it,

И част от това е, защото ние къпем мозъка в този химикал.

we're bathing the brain in a chemical --

Тази сложна верига,

this elaborate circuit, made of thousands of different kinds of cell --

съставена от хиляди различни видове клетки,

е окъпвана в едно вещество.

is being bathed in a substance.

That's also why most of the drugs, not all, on the market

Може би затова повечето лекарства, но не всички, на пазара

също могат да причинят и някакъв сериозен вид страничен ефект.

can present some kind of serious side effect too.

Наистина някои хора са получили някаква утеха

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

от електрически стимулатори, имплантирани в мозъка.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

И за болестта на Паркинсон,

Кохлеарни импланти,

These have indeed been able to bring some kind of remedy

те наистина са успели

да донесат някакъв вид облекчение

to people with certain kinds of disorders.

на хора с определени видове заболявания.

But electricity also will go in all directions --

Но електричеството също така ще отиде във всички посоки -

the path of least resistance --

пътят на най-малко съпротивление,

which is where that phrase, in part, comes from,

който е там, от където този обрат, от части, идва.

and will also affect normal circuits,

И ще засегне нормалните вериги заедно с анормалните, които искате да поправите.

as well as the abnormal ones you want to fix.

Значи отново се връщаме на идеята

So again, we're sent back to the idea of ultraprecise control:

за строго прецизния контрол.

Could we dial in information precisely where we want it to go?

Бихме ли могли да внесем информация точно там, където искаме да отиде?

Тъй че когато започнах да се занимавам с невронаука преди 11 години,

So, when I started in neuroscience 11 years ago --

I had trained as an electrical engineer and a physicist --

бях трениран електроинженер и физик,

the first thing I thought about was,

и първото, което си помислих беше -

if these neurons are electrical devices,

ако невроните са електрически устройства,

all we need to do is to find some way of driving those electrical changes

това, което трябва да направим, е да намерим някакъв начин

да запратим тези електрически заряди на разстояние.

at a distance.

Ако бихме могли да включим електричеството в една клетка,

If we could turn on the electricity in one cell but not its neighbors,

но не и това на съседите и,

that'd give us the tool to activate and shut down these different cells

това ще ни даде средството, от което се нуждаем, за да активираме и да изключим различните клетки,

за да разберем какво правят и как си съдействат.

to figure out what they do

and how they contribute to the networks in which they're embedded.

със системите, в които са поставени.

И също така ще ни предостави строго прецизния контрол, от който се нуждаем,

It would also allow us to have the ultraprecise control we need

за да поправим верижните изчисления,

to fix the circuit computations that have gone awry.

които са се объркали.

Now, how are we going to do that?

И как ще направим това?

Well, there are many molecules that exist in nature

Има много молекули, съществуващи в природата,

които са способни да преобразуват светлината в електричество.

which are able to convert light into electricity.

Може да си ги представите като малки протеини,

You can think of them as little proteins that are like solar cells.

които са като слънчеви клетки.

If we install these molecules in neurons somehow,

Ако някак можем да инсталираме тези молекули в невроните,

then these neurons would become electrically drivable with light,

тогава тези неврони ще станат електрически управляеми със светлина.

and their neighbors, which don't have this molecule, would not.

И техните съседи, които нямат молекулата, няма да станат.

There's one other magic trick you need to make this happen:

Има още един магически трик, който трябва да направите, за да стане всичко това,

и това е способността да пренесете светлина в мозъка.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

И за да направите това - мозъкът не чувства болка - може да сложите -

Taking advantage of all the effort

възползвайки се от всички усилия,

that's gone into the internet, telecommunications, etc.,

които са вложени в интернет и комуникациите и т.н. -

you can put optical fibers connected to lasers

оптични фибри, свързани към лазери,

to activate -- in animal models, for example, in preclinical studies --

които може да използвате, за да активирате, в животински модел например,

в предклинични изследвания,

these neurons and see what they do.

тези неврони и да видите какво правят те.

Значи как правим това?

So how do we do this?

Around 2004, in collaboration with Georg Nagel and Karl Deisseroth,

Около 2004,

в сътрудничество с Герхард Нагел и Карл Дайсеротх

this vision came to fruition.

тази визия стана реалност.

There's a certain alga that swims in the wild,

Има едно водорасло, което плува в дивата природа,

and it needs to navigate towards light in order to photosynthesize optimally.

и трябва да се движи към светлината,

за да фотосинтезира оптимално.

And it senses light with a little eyespot,

То усеща светлината с малко пигментово петно,

which works not unlike how our eye works.

което не работи така, както нашите очи.

In its membrane, or its boundary,

В своята мембрана, или на своята граница,

it contains little proteins

то съдържа малки протеини,

които наистина могат да превърнат светлината в електричество.

that indeed can convert light into electricity.

И тези молекули са наречени канални родопсини.

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

И всеки от тези протеини се държи също като слънчевата клетка, за която ви говорех.

that I told you about.

Когато синя светлина го уцели, той отваря една малка дупка

When blue light hits it,

it opens a little hole and allows charged particles to enter the eyespot;

и позволява на заредени частици да влязат в пигментовото петно.

И това позволява на пигментовото петно да има електрически сигнал,

that allows this eyespot to have an electrical signal,

също като слънчева клетка, зареждаща батерия.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

Значи това, което трябва да направим, е да вземем тези молекули

и някак си да ги инсталираме в невроните.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

И тъй като това е протеин,

it's encoded for in the DNA of this organism.

той е закодиран в ДНК-то на организма.

So all we've got to do is take that DNA,

Значи това, което трябва да направим, е да вземем това ДНК,

put it into a gene therapy vector, like a virus,

да го сложим във вектор за генна терапия, като вирус,

and put it into neurons.

и да го сложим в невроните.

And this was a very productive time in gene therapy,

Значи излиза, че това е било доста продуктивен период в генната терапия,

and lots of viruses were coming along,

и много вируси се появяваха.

so this turned out to be fairly simple.

И излезе, че това е много просто за осъществяване.

Early in the morning one day in the summer of 2004,

И рано сутринта, в един летен ден през 2004,

we gave it a try, and it worked on the first try.

пробвахме и проработи на първия опит.

Взимате това ДНК и го слагате в неврон.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

Невронът използва естествената си машина за производство на протеини,

to fabricate these little light-sensitive proteins

за да произведе тези малки, чувствителни към светлината протеини,

и за да ги инсталира навсякъде из клетката,

and install them all over the cell, like putting solar panels on a roof.

като да поставите слънчеви панели на покрив.

And the next thing you know,

И след това

you have a neuron which can be activated with light.

имате неврон, който може да се активира със светлина.

Това е много могъщо.

So this is very powerful.

One of the tricks you have to do is figure out how to deliver these genes

Един от триковете, които трябва да направите,

е да разберете как да доставите тези гени в клетките, които желаете,

to the cells you want and not all the other neighbors.

и не на техните съседи.

И вие можете да направите това; може да измените вирусите,

And you can do that;

you can tweak the viruses so they hit some cells and not others.

така че да уцелят някои клетки, но други - не.

Има и други генетични трикове, които може да използвате,

And there's other genetic tricks you can play

за да получите светлинно-активиращи се клетки.

in order to get light-activated cells.

Тази област е вече известна като оптогенетика.

This field has now come to be known as "optogenetics."

And just as one example of the kind of thing you can do,

И само за пример за нещо, което можете да направите,

може да вземете комплексна мрежа,

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

да използвате един от тези вируси, за да доставите гена

само на един вид клетки в тази гъста мрежа.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

И когато осветите цялата мрежа,

just that cell type will be activated.

само този вид клетка ще се активира.

For example, let's consider that basket cell I told you about earlier,

Например, нека вземем за пример тази клетка-кошница, за която ви казах по-рано -

тази, която е атрофирала при шизофрения

the one that's atrophied in schizophrenia

и която е инхибиторна.

and the one that is inhibitory.

Ако можем да доставим този ген до тези клетки -

If we can deliver that gene to these cells --

и те няма да бъдат изменени от проявата на гена, разбира се -

they won't be altered by the expression of the gene, of course --

и тогава да осветим в синьо цялата мозъчна мрежа,

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

само тези клетки ще се повлияят.

И когато изключим светлината, тези клетки се нормализират,

And when the light turns off, these cells go back to normal;

така че това не изглежда да им е причинило проблем.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

Не само можете да използвате това да изучавате какво правят тези клетки,

what their power is in computing in the brain,

каква е тяхната сила за изчисленията в мозъка,

но също така може да използвате това, за да се опитате да разберете -

you can also use this to try to figure out

е, може би бихме могли да оживим активността на тези клетки,

if we could jazz up the activity of these cells

ако наистина те са атрофирали.

if indeed, they're atrophied.

I want to tell you some short stories about how we're using this

Сега искам да ви разкажа две кратки истории

за това как използваме това,

both at the scientific clinical and preclinical levels.

и на двете научни, клинични и предклинични нива.

One of the questions that we've confronted is:

Един от въпросите, с които се сблъскахме е:

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

какви са сигналите в мозъка, които причиняват усещането за награда?

Because if you could find those,

Защото, ако ги намерите,

those would be some of the signals that could drive learning;

това биха били някои от сигналите, които биха могли да доведат до учене.

Мозъкът ще прави повече от това, което е получило наградата.

the brain will do more of what got that reward.

И също така това са сигнали, които се объркват при заболявания като пристрастяване.

These are also signals that go awry in disorders such as addiction.

Тъй че ако можем да разберем кои са тези клетки,

So if we could figure out what cells they are, we could maybe find new targets

може би бихме могли да намерим нови мишени,

за това какви лекарства биха могли да бъдат проектирани,

for which drugs can be designed or screened against

или може би места, където електроди могат да бъдат поставени

or maybe places where electrodes could be put in

за хора, които имат много тежки увреждания.

for people who have severe disability.

To do that, we came up with a very simple paradigm

За да направим това, измислихме много проста парадигма

в сътрудничество с Фиорела груп,

in collaboration with the Fiorillo group,

където едната страна на тази малка кутия,

where, if the animal goes to one side of this little box,

ако животното отиде там, то получава светлинен импулс.

it gets a pulse of light.

с цел да направи различни мозъчни клетки чувствителни към светлината.

And we'll make different cells in the brain sensitive to light.

Така че ако тези клетки могат да причинят усещане за награда,

If these cells can mediate reward, the animal should go there more and more.

животното би трябвало да ходи там все повече и повече.

Това е и нещото , което става.

And that's what happens.

The animal goes to the right-hand side and pokes his nose there

Това животно ще отиде до дясната страна и ще си пъха носа там,

и ще получава искра от синя светлина всеки път, когато го направи.

and gets a flash of blue light every time he does it.

И то ще го прави стотици , стотици пъти.

He'll do that hundreds of times.

Това са допаминергичните неврони,

These are the dopamine neurons,

за които някои от вас са чували, че се намират в някои центрове на удоволствие в мозъка.

in some of the pleasure centers in the brain.

И така, показахме, че кратката им активация

We've shown that a brief activation of these is enough to drive learning.

е достатъчна действително, за да подтикне към учене.

Сега може да обобщим идеята.

Now we can generalize the idea.

Вместо едно място в мозъка,

Instead of one point in the brain, we can devise devices that span the brain,

можем да разработим устройства, които да обхващат мозъка,

които могат да доставят светлина в триизмерни модели -

that can deliver light into three-dimensional patterns --

внушителен брой оптични влакна,

arrays of optical fibers,

всяко свързано със своя независим миниатюрен източник на светлина.

each coupled to its own independent miniature light source.

И тогава можем да опитаме да правим нещата ин виво (на жив организъм),

Then we can try to do things in vivo

което до момента е правено само в чинийка -

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

като висока пропускателна способност навсякъде из мозъка

за сигналите, които могат да причинят някои неща.

for the signals that can cause certain things to happen

Или те могат да бъдат добри клинични мишени

or that could be good clinical targets for treating brain disorders.

за третиране на мозъчни нарушения.

И една история, която искам да ви разкажа,

One story I want to tell you about is:

е за това как можем да намерим мишени за третиране на посттравматично стресово разстройство -

How can we find targets for treating post-traumatic stress disorder,

форма на неконтролируеми безпокойство и страх.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

И едно от нещата, които направихме,

One of the things that we did was to adopt a very classical model of fear.

беше да взаимстваме много класически модел на страх.

This goes back to the Pavlovian days.

Това ни връща към дните на Павлов.

It's called Pavlovian fear conditioning, where a tone ends with a brief shock.

Нарича се Павловски условен страх -

където един тон завършва с кратък шок.

The shock isn't painful, but it's a little annoying.

Шокът не е болезнен, но е малко досаден.

И с течение на времето - в този случай - една мишка,

And over time -- in this case, a mouse,

която е добър животински модел, често използван в такива експерименти -

which is a good animal model, commonly used in such experiments --

животното се научава да се страхува от тона.

the animal learns to fear the tone.

Животното ще реагира като замръзне на място,

It will react by freezing, sort of like a deer in the headlights.

нещо като елен пред фаровете на кола.

Now the question is: What targets in the brain can we find

Сега въпросът е кои мишени в мозъка можем да намерим,

that allow us to overcome this fear?

които да ни позволят да преодолеем този страх?

Това, което правим, е да изпълним този тон още веднъж,

So we play that tone again, after it's been associated with fear.

след като е бил асоцииран със страх.

Но ние активираме мишени в мозъка, различни,

But we activate different targets in the brain,

използвайки този внушителен брой оптични влакна, за който ви казах в предишния слайд,

using that optical fiber array I showed on the previous slide,

с цел да опитаме и да разберем кои мишени

in order to try and figure out

which targets can cause the brain to overcome that memory of fear.

могат да подтикнат мозъка да преодолее спомена за страха.

И това кратко видео

This brief video shows you one of these targets

показва една от мишените, върху които работим в момента.

that we're working on now.

This is an area in the prefrontal cortex, a region where we can use cognition

Това е област в префронталната мозъчна кора,

регион, където можем да използваме знание, за да се опитаме да преодолеем нежелани емоционални състояния.

to try to overcome aversive emotional states.

И животното ще чуе тон - и искра светлина се появи там.

The animal hears a tone. A flash of light occurs.

Няма звук, но можете да видите как животното замръзва на място.

There's no audio, but you see that the animal freezes --

Този тон е означавал лоши новини.

the tone used to mean bad news.

И има малък часовник в долния ляв ъгъл,

There's a little clock in the lower left-hand corner.

така че можете да видите, че животното е така около две минути.

You can see the animal is about two minutes into this.

И сега следващия клип,

This next clip is just eight minutes later.

той е само осем минути по-късно.

And the same tone is going to play, and the light is going to flash again.

И същия тон ще се възпроизведе, и светлината ще проблесне отново.

Ок, ето го. Точно сега.

OK, there it goes. Right ... now.

И сега можете да видите, само 10 минути след началото на експеримента,

And now you can see, just 10 minutes into the experiment,

че ние екипирахме мозъка като фотоактивирахме тази област

that we've equipped the brain, by photoactivating this area,

да преодолее изразяването

to overcome the expression of this fear memory.

на този страх по памет.

През последните години, се върнахме към дървото на живота,

Over the last couple years, we've gone back to the tree of life,

защото искахме да намерим начини да изключваме вериги в мозъка.

because we wanted to find ways to turn circuits in the brain off.

Ако можехме да направим това, то би било изключително могъщо.

If we could do that, this could be extremely powerful.

If you can delete cells for a few milliseconds or seconds,

Ако можете да изтриете клетки за няколко милисекунди или секунди,

you can figure out what role they play in the circuits in which they're embedded.

можете да раберете каква необходима роля играят те

във веригите, в които са поставени.

We surveyed organisms from all over the tree of life --

Вече сме изследвали организми от всички краища на дървото на живота -

всяко царство, освен животните, ние виждаме малко по-различно.

every kingdom of life but animals; we see slightly differently.

И намерихме всякакви видове молекули, те са наречени халородопсини или археа-родопсини,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

които реагират на зелена и жълта светлина.

that respond to green and yellow light.

And they do the opposite of the molecule I told you about before,

И те правят обратното на това, което прави молекулата, за която ви казах преди,

със синьо светлинния активатор канален родопсин.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

Let's give an example of where we think this is going to go.

Нека дадем пример за това докъде мислим ще доведе всичко това.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Вземете например състояние като епилепсия,

where the brain is overactive.

където мозъкът е свръхактивен.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Сега, ако лекарствата се провалят в епилептичното лечение,

one of the strategies is to remove part of the brain,

една от стратегиите е да премахнем част от мозъка.

Но това очевидно е необратимо и може да има странични ефекти.

but that's irreversible, and there could be side effects.

Ами ако можехме да изключим този мозък за кратък отрязък от време,

What if we could just turn off that brain for the brief amount of time

докато пристъпът изчезне,

until the seizure dies away,

and cause the brain to be restored to its initial state,

и да накараме мозъкът да възстанови първоначалното си състояние -

like a dynamical system that's being coaxed down into a stable state?

нещо като динамична система, която е била доведена до стабилно състояние.

Така че тази анимация само опитва да обясни тази концепция,

This animation tries to explain this concept

where we made these cells sensitive to being turned off with light,

където направихме тези клетки чувствителни към изключване със светлина,

и насочихме светлина вътре,

and we beam light in,

and just for the time it takes to shut down a seizure,

и само за времето, необходимо за спиране на пристъпа,

ние се надяваме да сме способни да го изключим.

we're hoping to be able to turn it off.

И така, не разполагаме с данни, които да ви покажем, на този фронт,

We don't have data to show you on this front,

но сме много развълнувани за това.

but we're very excited about this.

I want to close on one story, which we think is another possibility,

Сега искам да приключа с една история,

която, мислим, е още една възможност -

which is that maybe these molecules, if you can do ultraprecise control,

че може би тези молекули, ако можете да използвате строго прецизен контрол,

могат да бъдат използвани в самия мозък,

can be used in the brain itself to make a new kind of prosthetic,

за да направят нов вид протеза, оптична протеза.

an optical prosthetic.

Вече ви казах, че електрическите стимулатори не са рядко срещани.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

75 000 души имат имплантирани дълбоко-мозъчни стимулатори за болестта на Паркинсон.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

Може би 100 000 души имат Кохлеарни импланти,

maybe 100,000 people have cochlear implants, which allow them to hear.

които им позволяват да чуват.

Има и нещо друго: трябва да вмъкнете тези гени в клетките.

Another thing -- you've got to get these genes into cells.

И нова надежда в генната терапия беше развита,

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

защото вируси като адено-асоциирания вирус (AAV)

който вероятно повечето от нас в тази стая имаме,

which probably most of us around this room have;

и нямаме някакви симптоми,

it doesn't have any symptoms --

са използвани при стотици пациенти,

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

за да доставят гени в мозъка или тялото.

And so far, there have not been serious adverse events

И досега не е имало сериозни неблагоприятни случая,

асоциирани с вируса.

associated with the virus.

There's one last elephant in the room: the proteins themselves,

Има само още една пренебрегвана истина- самите протеини,

which come from algae, bacteria and funguses

които идват от водорасло, бактерия и гъба,

and all over the tree of life.

и от цялото дърво на живота.

Most of us don't have funguses or algae in our brains,

Повечето от нас нямаме гъби или водорасли в мозъците си,

тогава какво ще направи нашият мозък, ако ги сложим вътре?

so what will our brain do if we put that in?

Клетките ще го толерират ли? Имунната система ще реагира ли?

Will the cells tolerate it? Will the immune system react?

Още сме в началото - това не е пробвано върху хора все още -

It's early -- these haven't been done in humans yet --

но ние работим върху редица изследвания,

but we're working on a variety of studies to examine this.

за да се опитаме да го изследваме.

И досега не сме виждали явни реакции от тежък характер

So far, we haven't seen overt reactions of any severity

към тези молекули

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

или от осветяването на мозъка със светлина.

Твърде е рано, за да бъдем напълно точни, но сме развулнувани за това.

So it's early days, to be upfront, but we're excited about it.

Исках да приключа с една история,

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

която мислим, че ще има потенциално

бъдещо клинично приложение.

Now, there are many forms of blindness

Има много видове слепота,

където фоторецепторите,

where the photoreceptors -- light sensors in the back of our eye --

нашите светлинни сензори, които са в задната част на окото ни, ги няма.

are gone.

And the retina is a complex structure.

И ретината, разбира се, е сложна структура.

Let's zoom in on it so we can see it in more detail.

Сега нека увеличим тук, за да можем да видим по-подробно.

Фоторецепторните клетки се виждат тук, на върха,

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

и тогава сигналите, които са засечени от фоторецепторите,

са трансформирани от различни изчисления,

via various computations

докато накрая този пласт от клетки на дъното, клетките на ганглия,

until finally, the layer of cells at the bottom, the ganglion cells,

предава информацията към мозъка,

relay the information to the brain,

където виждаме това като възприятие.

where we see that as perception.

В много форми на слепота, като пигментоза на ретината

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

или макуларна дегенерация,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

фоторецепторните клетки са атрофирали или са били унищожени.

Now, how could you repair this?

И как можете да поправите това?

It's not even clear that a drug could cause this to be restored,

Дори не е ясно дали лекарство може да доведе до възстановяване,

since there's nothing for the drug to bind to.

защото лекарството няма за какво да се свърже.

On the other hand, light can still get into the eye.

От друга страна, светлина може да стигне до окото.

Окото все още е прозрачно и можете да внесете светлина.

The eye is still transparent and you can get light in.

И какво би станало, ако вземем тези канални родопсини и други молекули

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

и ги инсталираме върху някои от останалите свободни клетки,

and install them on some of these other spared cells

и ги превърнем в малки камери.

and convert them into little cameras?

И тъй като има много от тези клетки в окото,

And because there are so many of these cells in the eye,

потенциално, те биха могли да бъдат камери с много висока резолюция.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

Това е част от работата, която вършим.

This is some work that we're doing,

Води се от един от нашите сътрудници,

led by one of our collaborators, Alan Horsager at USC,

Алън Хорсагър в университета в Южна Калифорния,

and being sought to be commercialized by a start-up company, Eos Neuroscience,

и стреми да се комерсиализира от стартираща компания Eos Neuroscience,

основана от NIH (Националния здравен институт на САЩ).

which is funded by the NIH.

What you see here is a mouse trying to solve a six-arm maze.

И това, което виждате тук, е мишка, опитваща се да реши лабиринт.

Това е лабиринт с шест пътища. И има малко вода в лабиринта,

There's a bit of water to motivate the mouse to move or he'll just sit there.

за да мотивира мишката да се движи, иначе просто ще си седи там.

И целта, разбира се, на този лабиринт

The goal of this maze is to get out of the water

е да излезе от водата и да отиде на малката платформа,

and go to a little platform that's under the lit top port.

която е под горното осветено убежище.

Сега, мишките са умни, така че тази мишка евентуално решава лабиринта,

Mice are smart, so this one solves the maze eventually,

but he does a brute-force search.

но използва груба сила, за да търси.

He's swimming down every avenue until he finally gets to the platform.

Тя плува по всяка алея, докато накрая стига до платформата.

He's not using vision to do it.

Значи не използва зрението си, за да го направи.

These different mice are different mutations

Тези различни мишки са различни мутации,

които илюстрират различни видове слепота, които засягат хората.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

И така, ние внимателно разглеждаме тези различни модели,

So we're being careful in trying to look at these different models

за да измислим генерален подход.

so we come up with a generalized approach.

Значи как ще разрешим това?

So how can we solve this?

Ще направим точно това, което очертахме в предишния слайд.

We'll do exactly what we outlined in the previous slide.

Ще вземем тези сини светлинни фоторецептори

We'll take these blue light photo sensors

и ще ги инсталираме върху пласт от клетки

and install them onto a layer of cells

по средата на ретината в задната част на окото

in the middle of the retina in the back of the eye

and convert them into a camera --

и ще ги превърнем в камера.

just like installing solar cells all over those neurons

Точно като да инсталираме слънчеви клетки по целите неврони,

за да ги направим чувствителни към светлината.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

Светлината е преобразувана в електричество върху тях.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Тази мишка беше сляпа две седмици преди експеримента

and received one dose of this photosensitive molecule on a virus.

и получи една доза от тези фоточувствителни молекули чрез един вирус.

И сега може да видите, животното наистина може да избягва стените

And now you can see, the animal can indeed avoid walls

и да стигне до тази малка платформа,

and go to this little platform

и да използва очите си отново.

and make cognitive use of its eyes again.

И за да изтъкнем силата на това:

And to point out the power of this:

тези животни са способни да достигнат платформата

these animals can get to that platform

just as fast as animals that have seen their entire lives.

толкова бързо, колкото животни, които са виждали през целия си живот.

Значи това предклинично проучване, мисля,

So this preclinical study, I think, bodes hope

предвещава надежда за този вид неща,

for the kinds of things we're hoping to do in the future.

които се надяваме да правим за вбъдеще.

За да приключим, искам да подчертая, че ние също така изучаваме

We're also exploring new business models for this new field of neurotechnology.

нови бизнес модели за тази нова област в невротехнологията.

Ние развиваме тези инструменти,

We're developing tools and sharing them freely

но ги споделяме свободно със стотици групи по целия свят,

with hundreds of groups all over the world

за да могат хората да изучават и да опитват да лекуват различни заболявания.

for them to study and try to treat different disorders.

И надеждата ни е, че ако разбираме мозъчните вериги

Our hope is that by figuring out brain circuits

на ниво на абстракция, което ни позволява да ги поправим и преобразим,

at a level of abstraction that lets us repair them and engineer them,

ние можем да вземем някои от тези упорити заболявания, които споменах по-рано,

we can take some of these intractable disorders I mentioned earlier,

от които практически нито едно не е излекувано,

practically none of which are cured,

и през 21-ви век да ги направим история.

and in the 21st century, make them history.

Благодаря ви.

Thank you.

(Applause)

(Аплодисменти)

Juan Enriquez: So some of this stuff is a little dense.

Хуан Енрикез: Значи част от това е малко обширно.

(Laughter)

(Смях)

Но способността

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

да контролираме епилептични припадъци

with light instead of drugs

със светлина вместо с лекарства

and being able to target those specifically

и това да бъдем способни конкретно да ги определим,

is a first step.

е първата крачка.

The second thing that I think I heard you say

Второто нещо, което мисля, че ви чух да казвате,

is you can now control the brain in two colors,

е, че сега можете да контролирате мозъка в два цвята.

Подобно на ключ за включване/изключване.

like an on-off switch.

Ед Бойден: Това е вярно.

Ed Boyden: That's right.

Х.Е.: Което прави всеки импулс, минаващ през мозъка двоичен код.

JE: Which makes every impulse going through the brain a binary code.

Е.Б.:Точно така, да.

EB: Right.

With blue light, we can drive information, and it's in the form of a one.

Със синя светлина може да доведете информация, под формата на единица.

И като изключите всичко, е повече или по-малко нула.

And by turning things off, it's more or less a zero.

Тъй че нашата надежда е евентуално да построим мозъчни копроцесори,

Our hope is to eventually build brain coprocessors that work with the brain

които да работят с мозъка,

така че да увеличим функциите на хора с недъзи.

so we can augment functions in people with disabilities.

JE: And in theory, that means that, as a mouse feels, smells, hears, touches,

Х.Е.: И на теория това означава, че

докато една мишка усеща, мирише,

чува, докосва,

you can model it out as a string of ones and zeros.

можете да го моделирате като верига от единици и нули.

EB: Yeah. We're hoping to use this as a way of testing

Е.Б.: Разбира се, да. Надяваме се да използваме това като начин да тестваме

кои невронни кодове могат да определят някои поведения,

what neural codes can drive certain behaviors

и някои мисли, и някои чувства,

and certain thoughts and certain feelings

и да използваме това, за да разберем повече за мозъка.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

Х.Е.: Това означава ли, че някои ден бихте могли да сваляте спомени

and maybe upload them?

и може би да ги качвате, като на компютър?

EB: That's something we're starting to work on very hard.

Е.Б.: Е, това е нещо, върху което започваме да работим много здраво.

Сега работим върху една разработка,

We're now working on trying to tile the brain with recording elements, too,

където също се опитваме да покрием мозъка със записващи елементи.

so we can record information and then drive information back in --

За да можем да запишем информация и след това да я върнем обратно вътре -

sort of computing what the brain needs

нещо като изчисляване на това, от което мозъкът има нужда,

in order to augment its information processing.

за да увеличи своя капацитет на обработка на информация.

JE: Well, that might change a couple things. Thank you.

Х.Е.: Е, това може да промени някои неща. Благодаря ви. (Е.Б.: Благодаря ви.)

EB: Thank you.

(Аплодисменти)

(Applause)