Ed Boyden: A light switch for neurons

Překladatel: Honza Prokes Korektor: Samuel Titera

Think about your day for a second.

Dnes ráno jste se probudili,

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

vyšli ven a cítili čerstvý vzduch.

encountered new colleagues and had great discussions

Hezky jste si popovídali s kolegy v práci

a měli radost z různých novinek.

and felt in awe when you found something new.

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

Ale něco vám při tom všem unikalo.

Je to tak všední, že na to nejspíš skoro nemyslíte.

something so close to home,

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

Mám tím na mysli fakt, že za všechno, co prožíváte a děláte,

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

are mediated by the computer in your head

vděčíte tomu, že máte v hlavě počítač zvaný mozek.

called your brain.

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

Zvenčí mozek nevypadá nic moc.

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

Kilo a půl beztvaré růžovo-šedé hmoty.

amorphous.

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

Za poslední století však neurověda ukázala, jak složitý je mozek uvnitř.

and to see the intricacy of what lies within.

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

Víme, že je to nesmírně spletitý komplex obvodů

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

tvořených desítkami miliard buněk

zvaných neurony.

Now, unlike a human-designed computer,

Počítače navržené lidmi mají jen pár různých komponent,

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

a protože jsme je vytvořili, víme, jak fungují.

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

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

Ale mozek je tvořen tisíci, možná desítkami tisíc typů buněk,

maybe tens of thousands.

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

které se liší tvarem i molekulární stavbou,

they project and connect to different brain regions.

vytvářejí a propojují různé části mozku

a reagují odlišně na různé typy chorob.

They also change in different ways in different disease states.

Ukažme si to názorně.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Jistý typ relativně malých buněk

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

tlumí aktivitu buněk v okolí.

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

Během chorob jako schizofrenie tyto buňky zřejmě atrofují.

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

Říká se jim "košíčkové buňky".

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

Jde o jeden z tisíců buněčných typů, o kterých víme,

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

přičemž denně objevujeme další.

As just a second example:

Jiným příkladem jsou velké, "pyramidové buňky".

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

Zabírají podstatné úseky mozku a mají stimulační funkci.

of the brain.

They're excitatory.

And these are some of the cells that might be overactive

Při poruchách, jako je epilepsie,

mohou vykazovat nadměrnou aktivitu.

in disorders such as epilepsy.

Every one of these cells is an incredible electrical device.

Každá z těch buněk je báječný elektrický kalkulátor.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Propočítává data přijatá z tisíců vstupů,

and compute their own electrical outputs,

a když výsledek překročí určitou mez,

which then, if they pass a certain threshold,

vyšle tisícům napojených přijímačů vlastní výstup.

will go to thousands of downstream partners.

Trvá to jen asi tisícinu sekundy

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

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

a dochází k tomu 1 000x za minutu v každém ze stovky miliard vašich neuronů,

as long as you live and think and feel.

dokud nepřestanete žít, myslet a cítit.

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

Jak můžeme obvody v mozku zkoumat?

Ideally, we could go through this circuit

Nejlepší by bylo vypínat či zapínat různé typy buněk

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

a sledovat, jaké mozkové funkce to ovlivňuje

which ones contribute to certain functions

and which ones go wrong in certain pathologies.

či k jakým to vede poruchám.

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

Zapínáním buněk bychom zjistili, co spouštějí a zajišťují.

what they can initiate and sustain.

Jejich vypínáním bychom zase zjistili, k čemu jsou nezbytné.

If we could turn them off,

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

A o tom všem tady chci dnes hovořit.

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

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

O tom, jak jsme za posledních 11 let pokročili s myšlenkou

through an attempt to find ways

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

zapínání a vypínání mozkových obvodů, buněk a neurálních drah.

on and off,

V sázce totiž není jen vědecké poznání,

both to understand the science

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

ale i širší souvislosti, které se týkají nás všech.

Now, before I tell you about the technology,

Vlastně mám pro vás hned na úvod jednu špatnou zprávu.

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

Pokud budeme žít dost dlouho,

if we live long enough,

mozek řady z nás možná nakonec postihne nějaká choroba.

will encounter, perhaps, a brain disorder.

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

Dobrá miliarda lidí trpí potížemi, které takové choroby přinášejí.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

A to je pouze střídmý odhad.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Postižení jako schizofrenie, deprese, závislost či Alzheimerova choroba

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

nám zkracují život a mění naši osobnost.

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

Berou nám identitu, ovlivňují naše emoce a dělají z nás někoho jiného.

and change who we are as people.

Now, in the 20th century,

Ve 20. století svitla naděje,

there was some hope that was generated

že choroby postihující mozek vyléčíme nově objevenými léky.

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

And while many drugs have been developed

Ale i když řada takových léků

that can alleviate symptoms of brain disorders,

příznaky některých chorob zmírňuje,

practically none of them can be considered to be cured.

vyléčit je obvykle nedokáží.

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

Zčásti i proto, že mozek vlastně zaplavujeme chemikáliemi.

we're bathing the brain in a chemical --

Složitá spojení tisíců typů buněk

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

úplně zaplaví jakási látka.

is being bathed in a substance.

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

Není divu, že většina dostupných léků

can present some kind of serious side effect too.

může mít závažné vedlejší účinky.

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

Určité povzbuzení přináší metoda

that are implanted in the brain,

elektrické stimulace mozku pomocí implantátů.

for Parkinson's disease or cochlear implants.

Různé druhy takových implantátů

These have indeed been able to bring some kind of remedy

pomáhají lidem zmírňovat Parkinsonovu chorobu

to people with certain kinds of disorders.

a další druhy postižení.

But electricity also will go in all directions --

Jenomže

i elektřina proudí různými směry.

the path of least resistance --

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

Jde doslova cestou nejmenšího odporu,

and will also affect normal circuits,

takže působí i tam, kde nechceme.

as well as the abnormal ones you want to fix.

Což nás vrací k myšlence,

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

zda bychom nemohli informace nějak nasměrovat

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

přesně tam, kam chceme.

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

Když jsem s neurovědou před 11 lety začínal,

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

měl jsem diplom z medicíny a elekroinženýrství.

the first thing I thought about was,

A napadlo mě, že když jsou neurony aktivovatelné elektřinou,

if these neurons are electrical devices,

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

stačí, když tu elektřinu budeme moct dálkově ovládat

at a distance.

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

na úrovni jednotlivých buněk.

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

Mohli bychom zapínat či vypínat konkrétní typy buněk

to figure out what they do

a zjišťovat jejich funkci.

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

A zároveň bychom mohli precizně zasahovat

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

do jejich uspořádání, kdyby se něco pokazilo.

to fix the circuit computations that have gone awry.

Now, how are we going to do that?

Ale jak na to?

Well, there are many molecules that exist in nature

V přírodě existuje řada bílkovin,

which are able to convert light into electricity.

které dokáží měnit světlo v elektřinu.

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

Fungují vlastně jako solární články.

If we install these molecules in neurons somehow,

Kdybychom je nějak zakomponovali do neuronů,

then these neurons would become electrically drivable with light,

mohli bychom ty neurony aktivovat světlem.

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

A na okolní buňky by to nemělo vliv.

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

Pak by stačilo už jen jedno:

the ability to get light into the brain.

pustit do mozku světlo.

The brain doesn't feel pain.

A protože mozek necítí bolest,

mohli bychom využít výdobytek éry telekomunikace

Taking advantage of all the effort

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

you can put optical fibers connected to lasers

a aktivovat neurony laserem z optických kabelů.

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

A to se nám v rámci preklinických testů

these neurons and see what they do.

na pokusných zvířatech skutečně povedlo.

So how do we do this?

Jak jsme to udělali?

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

V roce 2004 jsme společně s G. Nagelem a K. Deisserothem

this vision came to fruition.

přešli od nápadu k činu.

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

Jistý druh řasy se kvůli účinnější fotosyntéze

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

nechává světlem navádět k vodní hladině.

And it senses light with a little eyespot,

Pomáhá mu k tomu světločivná skvrnka, jakási obdoba našeho oka.

which works not unlike how our eye works.

In its membrane, or its boundary,

Na okrajích té skvrnky

it contains little proteins

jsou malé bílkoviny,

that indeed can convert light into electricity.

které dokáží měnit světlo v elektřinu.

These molecules are called channelrhodopsins.

Říká se jim kanálové rodopsiny

And each of these proteins acts just like that solar cell

a fungují vlastně jako solární články.

that I told you about.

When blue light hits it,

Když je zasáhne modré světlo,

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

pustí do světločivné skrvnky nabité částice,

that allows this eyespot to have an electrical signal,

jako když solární článek nabíjí baterku.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

Jde tedy o to zakomponovat ty molekuly do neuronů.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

A protože jsou to bílkoviny, jsou zakódované v DNA

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

těch vodních řas.

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

Takže stačí tu DNA vzít

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

a s pomocí "přenašeče genů", například viru,

and put it into neurons.

ji vpravit do neuronů.

And this was a very productive time in gene therapy,

Genová terapie naštěstí vyšlechtila řadu užitečných virů.

and lots of viruses were coming along,

so this turned out to be fairly simple.

Což nám ulehčilo práci.

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

Jednoho letního rána roku 2004

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

jsme se do toho pustili.

You take this DNA and put it into the neuron.

Stačilo vpravit do neuronu DNA.

The neuron uses its natural protein-making machinery

Neuron sám si pak vytvořil světločivné bílkoviny.

to fabricate these little light-sensitive proteins

A celý se jimi pokryl, jako když obestavíte střechu

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

solárními panely.

And the next thing you know,

A najednou tu byl neuron, který šlo aktivovat světlem.

you have a neuron which can be activated with light.

So this is very powerful.

Byl to průlom.

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

Klíčové je, abychom geny vpravili

jen do určitých buněk, a do jiných ne.

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

A k tomu stačí naprogramovat viry,

And you can do that;

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

aby napadaly jen vybraný typ buněk.

And there's other genetic tricks you can play

in order to get light-activated cells.

Dnes umíme ale i další věci.

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

Vlastně z toho vznikl celý nový obor: optogenetika.

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

Dnes už například dokážeme virově přenášet geny

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

do konkrétního typu buněk ve velmi husté síti.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

A pouze tyto buňky se pak aktivují, i když posvítíme na celou síť.

just that cell type will be activated.

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

Můžeme to udělat třeba s oněmi "košíčkovými buňkami",

o kterých jsem vám říkal, že jsou tlumivé a atrofují při schizofrenii.

the one that's atrophied in schizophrenia

and the one that is inhibitory.

If we can deliver that gene to these cells --

Vpravíme do nich gen,

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

přičemž víme, že to nijak nezmění jejich funkci.

then flash blue light over the entire brain network,

A když pak modře osvětlíme celý mozek,

just these cells are going to be driven.

aktivuje to jen tyto buňky.

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

A po vypnutí světla se buňky zas uklidní, bez známek nějaké protireakce.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

Můžeme tak nejen zkoumat, co košíčkové buňky dělají,

what their power is in computing in the brain,

ale můžeme také zkoušet,

you can also use this to try to figure out

jestli se tak nedá pomoct buňkám, které jsou atrofované.

if we could jazz up the activity of these cells

if indeed, they're atrophied.

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

Dám vám teď pár příkladů,

jak nám to pomáhá při výzkumu

both at the scientific clinical and preclinical levels.

i v klinických studiích.

One of the questions that we've confronted is:

Zkoumáme například

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

signály buněk zapojených v mozku do systému odměny,

Because if you could find those,

protože takové signály podněcují učení.

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

Odměna mozek ponouká k opakování akce.

the brain will do more of what got that reward.

Navíc to také souvisí s poruchami, jako je závislost.

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

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

Takže lokalizovat příslušné buňky umožní vyvíjet účinnější léky

for which drugs can be designed or screened against

nebo aspoň přesněji implantovat elektrody do postiženého mozku.

or maybe places where electrodes could be put in

for people who have severe disability.

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

Vytvořili jsme kvůli tomu jakousi kójku.

in collaboration with the Fiorillo group,

Na určitém místě té kójky pouštíme do zvířete světelné impulzy.

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

it gets a pulse of light.

Pokud tím aktivujeme neuronální mechanismus odměny,

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

mělo by se zvíře na dané místo neustále vracet.

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

And that's what happens.

A co se stalo?

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

Zvíře strká čumák k místu, které aktivuje záblesky modrého světla.

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

A dělá to znovu a znovu.

He'll do that hundreds of times.

These are the dopamine neurons,

Aktivuje tím dopaminové neurony v jednom z mozkových center slasti.

in some of the pleasure centers in the brain.

Tak se potvrdilo, že i krátká aktivace těchto neuronů podněcuje učení.

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

Now we can generalize the idea.

Ale náš postup lze vylepšit.

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

Nemusíme vysílat světlo bodově, ale prostorově.

Uspořádat optická vlákna,

that can deliver light into three-dimensional patterns --

arrays of optical fibers,

aby tvořila 3D šablonu nezávislých, miniaturních zdrojů světla.

each coupled to its own independent miniature light source.

Then we can try to do things in vivo

Pak naživo vidíme to, co šlo dosud zjišťovat jen oklikou.

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

Můžeme třeba snímkovat vnitřek mozku

a odhalovat funkci různých signálů

for the signals that can cause certain things to happen

nebo hledat, na co by se mohly zaměřit určité léky.

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

Třeba léky na posttraumatickou stresovou poruchu,

One story I want to tell you about is:

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

což je vlastně jistá forma nekontrolovatelného strachu a úzkosti.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

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

Za tím účelem

jsme vyšli z naprosto klasického modelu strachu,

This goes back to the Pavlovian days.

který má kořeny u I. P. Pavlova.

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

Jde o podmíněnou úzkostnou reakci na tón následovaný šokem,

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

který nebolí, ale je nepříjemný.

Používáme k těmto pokusům myši, což je obvyklé,

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

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

protože příhodně reagují.

Po čase se myši naučí tónu bát,

the animal learns to fear the tone.

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

a když ho slyší, ztuhnou, jako laň před reflektory auta.

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

A nám jde o to najít v mozku myši něco,

that allow us to overcome this fear?

co jí pomůže strach překonat.

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

A tak ten tón, který v ní vyvolává strach, přehrajeme myši znovu.

But we activate different targets in the brain,

Ale s pomocí šablony z optických vláken aktivujeme v mozku určité oblasti.

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

A sledujeme, které z těch oblastí

in order to try and figure out

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

mohou tu úzkostnou vzpomínku odstranit.

This brief video shows you one of these targets

Pustím vám video, v němž jsme se takto zaměřili

that we're working on now.

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

na oblast prefrontální korové oblasti, která souvisí s poznáváním

to try to overcome aversive emotional states.

a potlačuje averzní emoce.

Myš zaslechla tón. Není k tomu zvuk,

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

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

ale mohli jste vidět záblesk

a myš po tónu ihned ztuhla.

the tone used to mean bad news.

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

Podle hodinek v levém dolním rohu

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

zůstala nehybná dvě minuty.

O osm minut později jsme jí pustili tón znovu.

This next clip is just eight minutes later.

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

Po tónu opět následoval záblesk.

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

Za chvíli to bude.

Přímo...

teď.

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

A vidíte,

že za pouhých 10 minut

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

jsme mozek fotoaktivací podnítili,

aby úzkostnou vzpomínku odstranil.

to overcome the expression of this fear memory.

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

My ale chceme

určité obvody mozku

umět také vypínat. Zkoumáme proto různé organismy.

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

Vypínání neuronů by byl průlom.

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

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

Vyřazením buněk třeba i na pár milisekund bychom mohli zjišťovat,

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

k čemu jsou v daném obvodu nezbytné.

Zkoumali jsme proto všemožné organismy reagující na světlo.

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

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

Tedy kromě živočichů, protože ti vidí jinak.

A našli jsme molekuly - halorodopsiny a archaerodopsiny -

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

reagující na zelené a žluté světlo.

that respond to green and yellow light.

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

Vlastně jsou protějškem kanálových rodopsinů,

o nichž jsem říkal, že reagují na modré světlo.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

K čemu nám to bude dobré?

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Třeba k léčbě chorob jako epilepsie, kdy je mozek přehnaně aktivní.

where the brain is overactive.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Když na epilepsii nezabírají léky, odoperuje se někdy kousek mozku.

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

Je to nevratné a hrozí vedlejší účinky.

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

Nebylo by lepší umět mozek prostě vypnout,

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

než se záchvat přežene,

until the seizure dies away,

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

a pak jeho funkce zase plně obnovit?

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

Jako když se stabilizuje dynamický systém.

This animation tries to explain this concept

Vypadalo by to jako na téhle animaci.

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

Vytvořili bychom světlem vypínatelné buňky a osvítili je,

and we beam light in,

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

ale jen na dobu, která by stačila k zastavení záchvatu.

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

Ještě jsme to netestovali, ale hodně si od toho slibujeme.

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

but we're very excited about this.

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

A nabízí se možná ještě jedno využití.

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

Precizně ovladatelné buňky by mohly v mozku sloužit

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

jako nový typ protéz: optické protézy.

an optical prosthetic.

Jak jsem zmiňoval, elektrické implantáty už jsou celkem běžné.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

Seventy-five thousand people

Asi 75 tisíc lidí používá implantáty proti Parkinsonově chorobě.

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

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

Sto tisíc lidí může slyšet jen díky kochleárnímu implantátu.

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

Dalším krokem je genetická terapie,

A new hope in gene therapy has been developed,

která by do buněk vpravila žádoucí geny.

because viruses like the adeno-associated virus --

Můžeme využít například neškodné adenoviry,

which probably most of us around this room have;

které spousta z nás má, a ani o tom nevíme.

it doesn't have any symptoms --

Adenoviry už pomohly přenést geny do mozků či těl stovek pacientů,

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

And so far, there have not been serious adverse events

aniž zatím došlo k nějaké závažné protireakci.

associated with the virus.

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

Otazníkem jsou ještě samotné bílkoviny,

which come from algae, bacteria and funguses

získávané z řas, bakterií, hub či dalších typů organismů.

and all over the tree of life.

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

Houby ani řasy obvykle v mozku nemíváme.

Otázka tudíž je, zda je mozek přijme, nebo nastoupí imunitní odpověď.

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

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

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

Teprve s tím začínáme, takže testy na lidech ještě neděláme,

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

ale ověřujeme to i jinými způsoby, a zatím jsme nezaznamenali

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

žádnou závažnou protireakci, ať už vůči bílkovinám,

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

nebo vůči osvětlování mozku.

Na závěry je ještě brzy, ale vypadá to velmi slibně.

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

I wanted to close with one story,

Nakonec bych rád zmínil ještě jedno možné klinické využití.

which we think could potentially be a clinical application.

Now, there are many forms of blindness

Slepota je často způsobena tím,

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

že nám na sítnici přestanou fungovat fotoreceptory.

are gone.

And the retina is a complex structure.

Sítnice je složitý orgán.

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

Prohlédněme si ji teď detailněji.

The photoreceptor cells are shown here at the top.

Fotoreceptory tam nahoře detekují signál,

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

který se dál komputačně zpracovává,

via various computations

až se z gangliových buněk tam dole

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

přenese do mozku, kde vzniká počitek.

relay the information to the brain,

where we see that as perception.

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

Při postiženích, jako je retinis pigmentosa

or macular degeneration,

nebo makulární degenerace,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

dochází k atrofii či zániku fotoreceptorů.

Now, how could you repair this?

Jak je ovšem opravit?

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

Chemický lék už vlastně nemá, na co by působil.

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

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

Světlo však okem pořád prochází.

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

Oko je přece pro světlo propustné.

Tak co vpravit do buněk, které v oku zbyly,

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

kanálové rodopsiny a udělat z těch buněk malé kamery.

and install them on some of these other spared cells

and convert them into little cameras?

Různých buněk je v oku pořád dost, takže by se dalo získat vysoké rozlišení.

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

potentially, they could be very high-resolution cameras.

To je tedy další věc, kterou se zabýváme.

This is some work that we're doing,

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

Projekt vede Alan Horsager z Univerzity Jižní Kalifornie

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

a možnosti komerčního využití hledá společnost Eos Neuroscience.

which is funded by the NIH.

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

Na videu teď vidíte myš v bludišti o šesti ramenech.

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

Myš se musí pohybovat, protože v bludišti je voda.

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

Jejím cílem je dostat se z vody na stupínek,

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

který je u osvětleného východu.

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

Myš je chytrá a dostane se ven, ale tápe při tom.

but he does a brute-force search.

Než objeví stupínek, vplave do každého ramene.

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

He's not using vision to do it.

Nepoužívá totiž zrak.

These different mice are different mutations

Naše myši měly mutace odpovídající různorodým formám lidské slepoty.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

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

Rozmanitost postižení nám umožnila uchopit slepotu komplexně.

so we come up with a generalized approach.

So how can we solve this?

Vyzkoušeli jsme proti ní přesně to, co jsme si ukázali.

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

We'll take these blue light photo sensors

Do buněk uprostřed sítnice jsme vpravili receptory citlivé na modré světlo,

and install them onto a layer of cells

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

čímž jsme z nich udělali kameru.

and convert them into a camera --

just like installing solar cells all over those neurons

Buňky začaly reagovat na světlo, jako kdyby v nich byl solární článek.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

Světlo se na nich měnilo v elektřinu.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Tahle myš byla ještě pár týdnů před pokusem slepá.

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

Virem jsme na ni však přenesli světločivné molekuly.

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

A zvíře se najednou dokáže vyhýbat stěnám

and go to this little platform

a díky opětovnému kognitivnímu využití zraku nachází stupínek.

and make cognitive use of its eyes again.

And to point out the power of this:

Na stupínek se přitom dostane stejně rychle

these animals can get to that platform

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

jako zvířata, která vidí celý život.

So this preclinical study, I think, bodes hope

To je pro nás povzbuzením

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

a chtěli bychom tímto směrem vést výzkum dál.

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

Na závěr jen dodám, že zkoušíme i nové obchodní modely.

We're developing tools and sharing them freely

Sdílíme námi vyvinuté nástroje se stovkami dalších týmů,

with hundreds of groups all over the world

aby mohly vyvíjet léčbu různých druhů chorob.

for them to study and try to treat different disorders.

Our hope is that by figuring out brain circuits

Doufáme, že díky tomu všemu nakonec dokážeme

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

opravovat a přetvářet obvody v mozku tak,

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

abychom choroby, které jej postihují a jsou dosud vesměs neléčitelné,

practically none of which are cured,

and in the 21st century, make them history.

během 21. století vymýtili. Děkuji.

Thank you.

(Applause)

(Potlesk.)

(Potlesk utichá.)

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

Juan Enriquez (JE): Místy to bylo poněkud hutné.

(Laughter)

(Smích.)

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

Ale chápu-li to správně,

tak možnosti jako kontrolovat epileptické záchvaty světlem

with light instead of drugs

and being able to target those specifically

a specificky na ně cílit léčbu

is a first step.

jsou teprve začátek.

The second thing that I think I heard you say

Pokud se nemýlím, uváděl jste,

is you can now control the brain in two colors,

že už dokážete zapínat a vypínat mozek

s pomocí barevného světla.

like an on-off switch.

Ed Boyden: That's right.

Ed Boyden (EB): Přesně tak.

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

JE: Takže každý impulz v mozku je jako binární kód.

EB: Right.

EB: Ano.

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

Spuštění přenosu modrým světlem je jako jednička,

a jeho vypnutí je vlastně nula.

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

Chceme pro mozek vytvořit cosi jako přídavný procesor,

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

aby u lidí s postižením fungoval lépe.

so we can augment functions in people with disabilities.

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

JE: Čistě teoreticky tak můžete všechno,

co myš ucítí, uslyší či nahmatá,

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

převést do řetězce nul a jedniček.

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

BE: To ano. Rádi bychom takto odhalovali neurální kódy,

what neural codes can drive certain behaviors

které spouštějí určité jednání, myšlenky či emoce,

and certain thoughts and certain feelings

a pronikli tak více do tajemství mozku.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

JE: Budete tedy jednou umět stahovat a nahrávat vzpomínky?

and maybe upload them?

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

EB: Zrovna na tom začínáme velmi usilovně pracovat.

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

Snažíme se do mozku zavádět nahrávací prvky.

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

Mohli bychom tak do mozku nahrávat informace,

sort of computing what the brain needs

které by zlepšily jeho výkon při výpočetních operacích.

in order to augment its information processing.

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

JE: To by mohlo přinést jistý pokrok.

JE: Děkuji. EB: Díky.

EB: Thank you.

(Smích.)

(Applause)

(Potlesk.)