Ed Boyden: A light switch for neurons

Translator: Marta Jimenez Reviewer: Fran Ontanaya

Penseu en el vostre dia per un moment.

Think about your day for a second.

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

Us heu llevat, heu sentit l'aire a la cara mentre sortíeu de casa,

encountered new colleagues and had great discussions

heu trobat companys de feina i heu tingut converses interessants amb ells

i us heu meravellat quan heu descobert quelcom nou.

and felt in awe when you found something new.

Però segur que hi ha una cosa en la qual no hi heu pensat;

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

una cosa molt propera a vosaltres

something so close to home,

en la qual probablement no hi penseu gaire sovint.

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

I és que totes les sensacions, sentiments,

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

decisions i accions

estan controlades per l'ordinador que tenim al cap

are mediated by the computer in your head

i que anomenem cervell.

called your brain.

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

Potser creieu que el cervell no és gaire cosa des de fora:

una mica menys d'un quilogram de carn grissenca,

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

amorfa,

amorphous.

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

però els últims cent anys de neurociència

ens han permés d'apropar-nos-hi

and to see the intricacy of what lies within.

i d'observar la complexitat del seu interior.

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

I hem descobert que el cervell

és un circuit increiblement complicat

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

compost de bilions de cèl·lules anomenades neurones.

Now, unlike a human-designed computer,

A diferència d'un ordinador dissenyat per una persona,

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

en el qual hi ha un número força reduït de parts diferents

(i que sabem com funciona perquè hem sigut nosaltres, les persones, qui l'hem dissenyat),

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

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

el cervell està format per milers de tipus de cèl·lules diferents,

potser desenes de milers.

maybe tens of thousands.

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

Tenen formes diferents, estan compostes de molècules diverses

i projecten i es connecten a diferents regions del cervell.

they project and connect to different brain regions.

I, a més, canvien de forma diferent segons l'estadi de l'enfermetat.

They also change in different ways in different disease states.

Posem-ne un exemple.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Hi ha un tipus de cèl·lula,

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

una cèl·lula força petita, inhibidora, que calma les veïnes.

És un tipus de cèl·lula que sembla estar atrofiada en trastorns com l'esquizofrènia.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

Són les anomenades cèl·lules en cistella.

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

Aquesta cèl·lula és un dels milers tipus de cèl·lules

sobre les quals estem aprenent coses.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

Cada dia se'n descobreixen de noves.

Un altre exemple:

As just a second example:

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

aquestes cèl·lules piramidals i grans,

poden ocupar una porció força important del cervell.

of the brain.

Són excitatòries.

They're excitatory.

I algunes d'aquestes cèl·lules

And these are some of the cells that might be overactive

poden ser hiperactives en trastorns com l'epil·lèpsia.

in disorders such as epilepsy.

Cadascuna d'aquestes cèl·lules

Every one of these cells is an incredible electrical device.

és un increïble aparell elèctric.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Reben senyals provinents de milers d'altres neurones

i calculen la seva pròpia resposta elèctrica

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

que, si supera un llindar determinat,

arribarà a milers de neurones.

will go to thousands of downstream partners.

Aquest procés es fa en més o menys una mil·lèssima de segon

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

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

i es repeteix milers de vegades cada minut

en cadascuna del bilió de cèl·lules del nostre cos

as long as you live and think and feel.

mentre vivim,

pensem i sentim.

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

Com podem esbrinar el que fa aquest circuit?

En un món perfecte, recorreríem el circuit

Ideally, we could go through this circuit

i connectaríem i desconnectaríem els diferents tipus de cèl·lules

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

per provar d'esbrinar

which ones contribute to certain functions

quines participen en determinades funcions

and which ones go wrong in certain pathologies.

i quines no funcionen en determinades malalties.

Si poguéssim activar les neurones,

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

que poden iniciar i mantenir.

what they can initiate and sustain.

Si poguéssim desconnectar-les,

If we could turn them off,

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

podríem provar d'esbrinar per a què són necessàries.

Aquesta és la història que us explicaré avui.

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

En els últims onze anys, hem passat per molts estadis

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

per tal d'intentar trobar maneres

through an attempt to find ways

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

d'activar i desactivar circuits, neurones, parts

i rutes del cervell,

on and off,

tant per entendre la ciència

both to understand the science

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

com per fer front a alguns dels problemes

inherents a tots els homes.

Now, before I tell you about the technology,

Abans de parlar sobre la tecnologia,

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

una mala notícia: una part important del que som avui en aquesta sala

és probable que pateixi,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

si vivim prou temps, un trastorn cerebral.

Deu mil milions de persones

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

ja han patit algun tipus de trastorn cerebral

que els ha deixat incapacitats.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

I els números no fan justícia.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Aquests trastorns (esquizofrènia, Alzheimer,

depressió, addicció)

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

no només ens treuen temps de vida, també canvien el que som;

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

ens treuen la identitat i canvien les nostres emocions;

and change who we are as people.

i canvien qui som.

Now, in the 20th century,

Al s.XX,

hi va haver una certa esperança

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

a causa del desenvolupament de les farmacèutiques pel que fa al tractament de trastorns cerebrals.

S'han desenvolupat molts medicaments

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

que poden alleujar els símptomes d'aquests trastorns,

però pràcticament no s'ha arribat a guarir cap d'ells.

practically none of them can be considered to be cured.

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

En part, es deu a que estem inundant el cervell amb substàncies químiques.

we're bathing the brain in a chemical --

A aquest complicat circuit

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

compost per milers de tipus diferents de cèl·lules

se l'està banyant en una substància.

is being bathed in a substance.

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

També és la raó per la qual, la majoria dels medicaments, sinó tots,

poden tenir algun tipus d'efecte secundari greu.

can present some kind of serious side effect too.

Hi ha gent que troba consol

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

en estimuladors elèctrics que els implanten al cervell.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

Pel que fa al Parkinson,

els implants coclears

These have indeed been able to bring some kind of remedy

s'han convertit

en una mena de remei

to people with certain kinds of disorders.

per a persones amb determinats tipus de trastorns.

But electricity also will go in all directions --

Però l'electricitat anirà en totes direccions:

the path of least resistance --

seguint el camí de la mínima resistència,

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

que és d'on ve, en part, aquesta expressió.

and will also affect normal circuits,

I tindrà efecte sobre els circuits normals, a més de sobre els anormals que volem arreglar.

as well as the abnormal ones you want to fix.

Tornem, doncs, a la idea

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

del control extremadament precís.

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

Podem fer que la informació arribi precisament allà on volem que hi vagi?

Quan vaig començar a treballar en el camp de la neurociència ha 11 anys,

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

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

era enginyer elèctric i físic

the first thing I thought about was,

i el primer que vaig pensar va ser:

if these neurons are electrical devices,

si aquestes neurones són aparells elèctrics,

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

l'únic que hem d'aconseguir és trobar la manera

de dirigir aquests canvis elèctrics des de lluny.

at a distance.

Si puguéssim activar l'electricitat d'una neurona

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

però no la de les neurones veïnes,

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

aconseguiríem l'eina per activar i desactivar les diferents cèl·lules,

i es descobriria el que fan i com contribueixen

to figure out what they do

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

a les xarxes de les quals formen part.

També ens permetria tenir el control extremadament precís que necessitem

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

per tal d'arreglar els càlculs dels circuits

to fix the circuit computations that have gone awry.

que estan malament.

Now, how are we going to do that?

I com ho aconseguirem, això?

Well, there are many molecules that exist in nature

Bé, doncs hi ha unes molècules que existeixen a la natura

que són capaces de convertir la llum en electricitat.

which are able to convert light into electricity.

Són una mena de petites proteïnes,

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

com cèl·lules solars.

If we install these molecules in neurons somehow,

Si d'alguna manera instal·lem aquestes molècules en les neurones,

then these neurons would become electrically drivable with light,

aleshores aquestes es podrien dirigir elèctricament amb la llum.

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

Però no les seves veïnes, que no tindrien aquesta molècula.

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

Hi ha un altre truc de màgia que fa possible que això passi de debó

i és la capacitat d'introduir llum al cervell.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

I per fer-ho (el cervell no sent dolor)

Taking advantage of all the effort

se'n pot treure profit de tot l'esforç

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

invertit en Internet, en les comunicacion, etc.

you can put optical fibers connected to lasers

i connectar fibres òptiques a làsers

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

per tal d'activar, en models animals

i en estudis pre-clínics,

these neurons and see what they do.

aquestes neurones i veure què fan.

I com ho fem, això?

So how do we do this?

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

Cap a l'any 2004,

amb la col·laboració de Gerhard Nagel i Karl Deisseroth,

this vision came to fruition.

aquesta idea es va fer realitat.

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

Hi ha una alga que neda en el món salvatge

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

i que neda cap a la llum

per tal de fer la fotosíntesi de manera òptima.

And it senses light with a little eyespot,

L'alga detecta la llum per mitjà d'una mena d'ull

which works not unlike how our eye works.

que funciona més o menys com el nostre ull.

In its membrane, or its boundary,

A la membrana,

it contains little proteins

té petites proteïnes

que realment poden convertir la llum en electricitat.

that indeed can convert light into electricity.

Aquestes molècules s'anomenen canalrodopsines.

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

Cadascuna d'aquestes proteïnes actua com una de les cèl·lules solars de les d'abans.

that I told you about.

Quan li arriba la llum blava, s'obre un petit forat

When blue light hits it,

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

que permet que partícules carregades entrin per aquesta mena d'ull.

Això fa que aquest ull tingui una senyal elèctrica

that allows this eyespot to have an electrical signal,

com si fos una cèl·lula solar carregant la bateria.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

El que hem de fer, doncs, és agafar aquestes molècules

i aconseguir instal·lar-les en les neurones.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

I com que és una proteïna,

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

està codificada a l'ADN d'aquest organisme.

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

El que hem de fer és agafar aquest ADN,

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

posar-lo en un vector de terapia gènica, com si fos un virus,

and put it into neurons.

i introduir-lo a les neurones.

And this was a very productive time in gene therapy,

Resulta que era un moment molt productiu en el camp de la terapia gènetica

and lots of viruses were coming along,

i apareixien molts virus.

so this turned out to be fairly simple.

I va resultar ser una cosa ben senzilla.

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

A l'estiu del 2004, un matí

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

ho vam provar i va funcionar a la primera.

S'agafa l'ADN i es posa a la neurona.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

La neurona fa servir la seva maquinària natural de proteïnes

to fabricate these little light-sensitive proteins

per fabricar petites proteines sensibles a la llum

i les instal·la per tota la cèl·lula,

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

com si s'instal·lessin panels solars a la teulada.

And the next thing you know,

I tot seguit

you have a neuron which can be activated with light.

tenim una neurona que pot ser activada amb llum.

Això és molt poderós.

So this is very powerful.

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

Una de les coses que s'ha de fer

és descobrir com proporcionar els gens a unes neurones determinades

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

i no a les veïnes.

I es pot fer: es pot ajustar el virus

And you can do that;

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

per a que impactin sobre unes neurones i no unes altres.

Hi ha més trucs que es poden fer

And there's other genetic tricks you can play

per tal d'obtenir unes neurones que s'activin per mitjà de la llum.

in order to get light-activated cells.

A aquest camp se'l coneix amb el nom d'optogenètica.

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

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

Un exemple del tipus de coses que podem fer:

podem agafar una xarxa complexa

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

i fer servir un dels virus per entregar el gen

a només un tipus de cèl·lula dins d'aquesta densa xarxa.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

I quan inundem de llum la xarxa sencera,

just that cell type will be activated.

només aquella cèl·lula s'activarà.

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

Prenem com a exemple la cèl·lula en cistella de la qual us en parlava abans,

aquella que està atrofiada en l'esquizofrènia

the one that's atrophied in schizophrenia

i que és inhibidora.

and the one that is inhibitory.

Si podem entregar el gen a aquestes cèl·lules

If we can deliver that gene to these cells --

que no patiran cap modificació a causa l'expressió del gen, és clar,

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

i aleshores il·luminar amb llum blava tota la xarxa cerebral,

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

veuríem només que s'activen aquestes cèl·lules.

I quan s'apagués la llum, aquestes neurones tornarien a la normalitat,

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

així que no sembla que hi hagi cap mena d'aversió.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

No només ho podem fer servir per estudiar el funcionament de les neurones,

what their power is in computing in the brain,

o com són d'importants en el còmput cerebral;

també podem fer-ho servir per provar

you can also use this to try to figure out

d'estimular l'activitat d'aquestes neurones,

if we could jazz up the activity of these cells

si és que efectivament estan atrofiades.

if indeed, they're atrophied.

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

M'agradaria explicar-vos un parell d'històries curtes

en relació a l'ús que li estem donant

both at the scientific clinical and preclinical levels.

tant en l'ámbit clínic com pre-clínic.

One of the questions that we've confronted is:

Una de les qüestions a les quals ens hem afrontat

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

és la següent: quins són els senyals involucrats en la sensació de recompensa?

Because if you could find those,

Si fóssim capaços de trobar-los,

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

podrien ser alguns dels senyals que dirigeixen l'aprenentage.

El cervell farà molt més del que sigui que va obtenir la recompensa.

the brain will do more of what got that reward.

A més, aquests senyals són els que no funcionen bé en trastorns com l'addicció.

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

Doncs bé, si poguéssim esbrinar quines cèl·lules són,

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

potser podríem trobar nous objectius

pels quals es podrien dissenyar i invesitgar medicamets

for which drugs can be designed or screened against

o potser llocs on es podrien posar els electrodes

or maybe places where electrodes could be put in

en gent que pateix discapacitats molt greus.

for people who have severe disability.

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

Per tal de fer-ho, se'ns va ocórrer un paradigme molt simple

amb la col·laboració del grup Fiorella.

in collaboration with the Fiorillo group,

En un cantó d'aquesta petita capsa,

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

si un animal hi va, aleshores rep un impuls lluminós

it gets a pulse of light.

per tal de fer que certes neurones siguin sensibles a la llum.

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

Si aquestes cèl·lules participen en la recompensa,

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

l'animal hi anirà allà una vegada i una altra.

I és això el que passa.

And that's what happens.

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

Aquest animal hi anirà al cantó dret i hi ficarà el nas

i rebrà una llampada cada vegada que ho faci.

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

I ho repetirà centenars de vegada.

He'll do that hundreds of times.

Aquestes són les neurones dopamines

These are the dopamine neurons,

de les quals alguns haureu sentit a dir que formen part dels centres de plaer del cervell.

in some of the pleasure centers in the brain.

Hem vist que una petita activació

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

és suficient per dirigir l'aprenentatge.

És hora de generalitzar aquesta idea.

Now we can generalize the idea.

En comptes d'un punt del cervell,

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

podem dissenyar dispositius que abarquin el cervell,

podem fer arribar la llum en patrons tridimensionals,

that can deliver light into three-dimensional patterns --

matrius de fibres òptiques,

arrays of optical fibers,

cadascuna emparellada a la seva font lluminosa independent en miniatura.

each coupled to its own independent miniature light source.

Aleshores podem provar de fer en viu

Then we can try to do things in vivo

coses que només s'han fet en un plat,

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

com l'exploració d'alt rendiment de tot el cervell

per tal de trobar senyals que causin certs esdeveniments.

for the signals that can cause certain things to happen

O podrien ser bons objectius clínics

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

per tractar trastorns cerebrals.

Una de les històries que us vull explicar

One story I want to tell you about is:

és sobre com trobem objectius per tractar l'estrés post-traumàtic,

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

una forma de por i angoixa incontrolades.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

Una de les coses que vam fer

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

va ser adoptar un model molt clàssic de la por.

This goes back to the Pavlovian days.

Es remunta a l'època pavloviana.

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

S'anomena condicionament pavlovià de la por,

en el qual un to acaba amb una petita descàrrega.

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

La descàrrega no fa mal, però molesta una mica.

Amb el temps, en aquest cas, un ratolí,

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

(que és un bon model d'animal que es fa servir en aquests experiments)

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

aprèn a tenir por al to.

the animal learns to fear the tone.

La reacció de l'animal serà la d'aturar-se completament,

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

com si estigués paral·litzat.

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

La qüestió és: quins objectius del cervell podem trobar

that allow us to overcome this fear?

per tal de superar aquesta por?

El que fem és tocar el to un altre cop

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

després que s'hagi associat a la por.

Però activem uns objectius diferents en el cervell

But we activate different targets in the brain,

fent servir la matriu de fibres òptiques de què us he parlat

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

per tal de provar d'esbrinar quins objectius

in order to try and figure out

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

poden fer que el cervell superi la memòria de la por.

Aquest petit vídeo

This brief video shows you one of these targets

mostra un dels objectius sobre els que estem treballant.

that we're working on now.

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

Aquest és una àrea del còrtex prefrontal,

una regió en la qual podem fer servir la cognició per mirar de superar estats emocionals aversius.

to try to overcome aversive emotional states.

L'animal sentirà el to... i hi ha hagut una llampada de llum.

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

El vídeo no té audio, però podem veure com l'animal queda paral·litzat.

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

El to significava quelcom dolent, abans.

the tone used to mean bad news.

Hi ha un petit rellotge a la part inferior esquerra

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

en el que podeu veure que l'animal ha estat així durant dos minuts.

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

El següent fragment

This next clip is just eight minutes later.

és de vuit minuts després.

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

Es sentirà el mateix to i es veurà la llum una altra vegada.

Molt bé. Ara.

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

Podeu comprovar que 10 minuts després d'haver iniciat l'experiment,

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

hem equipat el cervell activant l'àrea mitjançant la llum

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

per tal de superar l'expressió

to overcome the expression of this fear memory.

de la memòria de la por.

Durant l'últim parell d'anys, hem tornat a l'arbre de la vida

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

perquè volíem descobrir formes de desconnectar circuits del cervell.

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

Aconseguir fer això seria molt important.

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

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

Si poguéssim eliminar neurones tan sols durant unes mil·lèsimes de segon o uns segons,

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

podríem veure quin paper desenvolupen

en els circuits dels quals formen part.

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

Ja hem investigat organismes de tot l'arbre de la vida,

tots els regnes excepte l'animal, que veiem lleugerament diferent.

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

I hem descobert tot tipus de molècules, anomenades halorodopsines o arqueorodopsines,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

que responen a la llum verda i groga.

that respond to green and yellow light.

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

I fan exactament el contrari a la molècula d'abans

amb l'activador de llum blava, la canalrodopsina.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

Posem un exemple sobre on creiem que s'arribarà amb això.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Prenem, per exemple, l'epilèpsia,

where the brain is overactive.

un trastorn en el qual el cervell és hiperactiu.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Si els medicaments no funcionen en el seu tractament,

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

una de les opcions és treure part del cervell.

Això és, òbviament, irreversible i podrien haver-hi efectes secundaris.

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

Però què passaria si poguéssim desconnectar el cervell durant un breu període de temps

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

fins que l'atac hagi passat

until the seizure dies away,

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

i féssim que el cervell recuperés el seu estat inicial,

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

com un sistema dinàmic persuadit en un estat d'estabilitat?

Aquesta animació intenta explicar aquesta idea.

This animation tries to explain this concept

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

Hem fet que aquestes cèl·lules siguin sensibles a la llum desactivant-les

i les hem inundat amb llum,

and we beam light in,

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

i durant el temps que dura l'atac

esperem ser capaços de desactivar-les.

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

Encara no us podem ensenyar dades en aquest aspecte,

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

però estem molt emocionats.

but we're very excited about this.

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

Vull terminar amb una història,

que pensem que és una altra possibilitat:

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

si s'aconsegueix controlar de forma molt precisa aquestes neurones,

es podria fer servir per fer al cervell

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

un nou tipus de pròtesi: una pròtesi òptica.

an optical prosthetic.

Ja us he comentat que els estimuladors elèctrics són freqüents.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

75.000 persones tenen implantats estimuladors cerebrals pel Parkinson.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

Potser unes 100.000 persones tenen implants coclears,

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

que els dóna la possibilitat de sentir.

L'altra cosa és que s'ha d'introduir els gens a les neurones.

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

Hi ha una nova esperança en la teràpia genètica

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

gràcies als virus, com per exemple el virus adeno-associat,

que molts de nosaltres probablement tenim

which probably most of us around this room have;

i que no presenta cap símptoma.

it doesn't have any symptoms --

Aquest virus, doncs, s'ha fet servir en centenars de pacients

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

per tal d'introduir gens al cervell o al cos.

And so far, there have not been serious adverse events

I de moment, no hi ha hagut efectes adversos greus

associats al virus.

associated with the virus.

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

Hi ha un últim problema: les proteïnes,

which come from algae, bacteria and funguses

que provenen de les algues, les bactèries i els fongs

and all over the tree of life.

i que estan presents en tot l'arbre de la vida.

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

La majoria de nosaltres no tenim ni fongs ni algues al cervell,

però què passaria si l'hi introduíssim?

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

Ho podran suportar les neurones? Reaccionarà el sistema immune?

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

Està en la primera fase, encara no s'han fet proves amb humnas,

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

però estem treballant en una sèrie d'estudis

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

per tal de comprovar-ho.

Fins ara, no s'ha detectat cap reacció

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

a aquestes molècules

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

o a la il·luminació del cervell amb llum.

És veritat que encara és aviat, però estem molt emocionats.

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

Vull acabar amb una història

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

que creiem que

pot ser una aplicació clínica.

Now, there are many forms of blindness

Hi ha molts tipus de ceguesa

en les quals no hi ha fotoreceptors,

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

els sensors de llum al fons de l'ull.

are gone.

And the retina is a complex structure.

La retina és, evidentment, una estructura complexa.

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

Si ho ampliem, ho veurem amb més detall.

Les cèl·lules fotoreceptores estan aquí dalt

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

i detecten senyals

que, mitjançant càlculs, es transformen

via various computations

fins que finalment la capa de cèl·lules de baix, les cèl·lules ganglionars,

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

transmeten la informació al cervell,

relay the information to the brain,

que és on veiem això com a percepció.

where we see that as perception.

En molt tipus de ceguesa, com la retinitis pigmentosa,

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

o la degeneració macular,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

les cèl·lules fotoreceptores estan atrofiades o han sigut destruïdes.

Now, how could you repair this?

Com es pot arreglar això?

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

Ni tan sols és segur que un medicament hi pugui reparar

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

perquè el medicament no es pot lligar enlloc.

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

D'altra banda, la llum pot arribar encara a l'ull.

L'ull encara és transparent i s'hi pot introduir llum a través d'ell.

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

I si poguéssim agafar aquestes canalrodopsines i les altres molècules

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

i les instal·léssim en algunes de les cèl·lules lliures

and install them on some of these other spared cells

convertint-les en petites càmares?

and convert them into little cameras?

Com que hi ha tantes cèl·lules a l'ull,

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

podrien ser càmares d'alta resolució.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

Aquesta és una part del treball que estem fent.

This is some work that we're doing,

La dirigeix un dels nostres col·laboradors,

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

l'Alan Horsager a la USC,

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

i s'intenta que es comercialitzi a través d'una nova empresa, Eos Neuroscience,

financiada per l'NIH.

which is funded by the NIH.

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

El que veieu aquí és un ratolí provant de sortir del laberint.

És un laberint de sis braços i hi ha una mica d'aigua

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

per motivar al ratolí a sortir. D'altra banda, s'hi quedaria assegut.

L'objectiu del laberint és, evidentment,

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

sortir de l'aigua i arribar a una petita plataforma

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

que està al port superior il·luminat.

Els ratolins són intel·ligents i aquest ratolí al final aconsegueix sortir-ne,

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

but he does a brute-force search.

però ho fa gràcies a una recerca de "força bruta".

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

Neda per cada via fins que al final arriba a la plataforma.

He's not using vision to do it.

No fa servir la visió per fer-ho.

These different mice are different mutations

Aquests ratolins són mutacions diferents

que reflexen diferents tipus de ceguesa que afecten les persones.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

Per això, tenim cura quan mirem aquests models diferents,

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

per tal d'arribar a un enfocament generalitzat.

so we come up with a generalized approach.

Com solucionarem això?

So how can we solve this?

Farem exactament el que hem explicat amb la diapositiva anterior.

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

Agafarem aquests fotosensors

We'll take these blue light photo sensors

i els instal·larem en una capa de cèl·lules

and install them onto a layer of cells

al mig de la retina, al fons de l'ull

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

and convert them into a camera --

i les convertirem en una càmara.

just like installing solar cells all over those neurons

Com si instal·léssim cèl·lules solars per tot arreu al voltant de les neurones,

per tal de fer-les sensibles a la llum.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

Amb elles, la llum es converteix en electricitat.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Aquest ratolí era cec un parell de setmanes abans de l'experiment

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

i va rebre una dosi d'aquesta mol·lècula sensible a la llum a través d'un virus.

Com podeu comprovar, l'animal pot realment evitar les parets

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

i anar a la petita plataforma

and go to this little platform

fent un ús cognitiu dels ulls.

and make cognitive use of its eyes again.

I perquè veieu la importància d'això:

And to point out the power of this:

aquests animals aconseguien arribar a la plataforma

these animals can get to that platform

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

tan ràpidament com els animals que sempre havien tingut bona visió.

Crec que aquest estudi pre-clínic

So this preclinical study, I think, bodes hope

és un bon presagi per les coses

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

que esperem fer en un futur.

Per acabar, vull assenyalar que també estem investigant

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

nous models de negoci pel nou camp de la neurotecnologia.

Estem desenvolupant aquestes eines

We're developing tools and sharing them freely

però les compartim de forma gratuïta amb molts grups de tot el món,

with hundreds of groups all over the world

per tal que la gent pugui estudiar i provar de tractar els diferents trastorns.

for them to study and try to treat different disorders.

Esperem que si entenem bé els circuits cerebrals

Our hope is that by figuring out brain circuits

en un nivell d'abstracció que ens permet reparar-los i dissenyar-los,

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

podem agafar aquests trastorns dels quals us parlava abans,

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

gairebé tots ells incurables,

practically none of which are cured,

i fer que siguin història al segle XXI.

and in the 21st century, make them history.

Gràcies.

Thank you.

(Applause)

(Aplaudiments)

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

Juan Enriquez: Hi ha parts un xic denses, aquí.

(Laughter)

(Rialles)

Però les implicacions

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

de ser capaços de controlar convulsions o l'epilèpsia

with light instead of drugs

amb llum en comptes de medicaments

and being able to target those specifically

i poder marcar-los específicament

is a first step.

és un primer pas.

The second thing that I think I heard you say

La segona cosa que li he sentit a dir

is you can now control the brain in two colors,

és que es pot controlar el cervell en dos colors,

com un interruptor.

like an on-off switch.

Ed Boyden: Exacte.

Ed Boyden: That's right.

JE: Que fa que cada impuls viatgi pel cervell segons un codi binari.

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

EB: Sí, exacte.

EB: Right.

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

Amb la llum blava, podem conduir informació. Això és en forma d'un.

I quan desconnectem les coses, és més o menys un zero.

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

La nostra esperança és poder construir coprocessadors

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

que treballin amb el cervell

per tal d'augmentar les funcions en persones discapacitades.

so we can augment functions in people with disabilities.

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

JE: En teoria, això significa que,

com que el ratolí sent, olora,

escolta i toca,

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

podeu dissenyar una cadena d'uns i zeros.

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

EB: Sí, és clar. Esperem fer-ho servir com a prova

per veure quins codis neuronals dirigeixen determinats comportaments,

what neural codes can drive certain behaviors

pensaments i sentiments,

and certain thoughts and certain feelings

i fer-ho servir per entendre més coses sobre el cervell.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

JE: Això significa que algun dia podrem descarregar memòries

and maybe upload them?

i, potser també, carregar-les?

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

EB: De moment hi estem treballant de valent.

Estem treballant

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

per dotar el cervell d'elements que enregistrin també.

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

De manera que podem enregistrar informació i recuperar-la;

sort of computing what the brain needs

com si calculéssim què necessita el cervell

in order to augment its information processing.

per després augmentar el seu precessament de la informació.

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

JE: Bé, això podria canviar un parell de coses. Gràcies. (EB: Gràcies).

EB: Thank you.

(Aplaudiments)

(Applause)