What investigating neural pathways can reveal about mental health | Kay M. Tye

Transcriber: Ivana Korom Reviewer: Krystian Aparta

Übersetzung: Thea Norris Lektorat: Ninja Katja Horr

I'm going to start by saying something you think you know to be true.

Ich beginne mit einer Aussage,

die Sie als Wahrheit zu kennen glauben.

Your brain creates all facets of your mind.

Ihr Gehirn erzeugt sämtliche Facetten Ihrer Psyche.

So then why do we treat mental and physical illnesses

Warum also behandeln wir

psychische und physische Erkrankungen so unterschiedlich,

so differently,

if we think we know that the mind comes from the brain?

wenn wir glauben zu wissen, dass die Psyche im Gehirn entsteht?

As a neuroscientist, I'm often told

Also Neurowissenschaftlerin höre ich oft,

that I'm not allowed to study how internal states

dass es mir nicht zusteht, zu untersuchen, wie innere Zustände,

like anxiety or craving or loneliness

also Angst, Verlangen oder Einsamkeit,

are represented by the brain,

im Gehirn repräsentiert sind

and so I decided to set out and do exactly that.

und so entschied ich, genau das zu tun.

My research program is designed to understand the mind

Mein Forschungsprogramm ist darauf ausgerichtet, die Psyche zu verstehen,

by investigating brain circuits.

indem wir Schaltkreise im Gehirn untersuchen.

Specifically, how does our brain give rise to emotion.

Besonders, wie das Gehirn Emotionen hervorruft.

It's really hard to study feelings and emotions,

Es ist sehr schwierig, Gefühle und Emotionen zu erforschen,

because you can't measure them.

weil man sie nicht messen kann.

Behavior is still the best and only window

Verhalten ist weiterhin das beste und einzige Sichtfenster

into the emotional experience of another.

in die Gefühlswelt anderer.

For both animals and people,

Für Tiere wie Menschen.

yes, self-report is a behavioral output.

Auch Selbsteinschätzung ist eine Verhaltensleistung.

Motivated behaviors fall into two general classes:

Motiviertes Verhalten unterteilt sich in zwei Kategorien:

seeking pleasure and avoiding pain.

Genussbestreben und Schmerzvermeidung.

The ability to approach things that are good for you

Die Fähigkeit, positive Konsequenzen anzustreben und negative zu vermeiden

and avoid things that are bad for you

ist ein grundlegender Überlebensmechanismus.

is fundamental to survival.

And in our modern-day society,

In unserer modernen Gesellschaft

trouble telling the difference can be labeled as a mental illness.

können Schwierigkeiten zu unterscheiden

als psychische Erkrankung eingeordnet werden.

If I was having car trouble,

Wenn ich eine Autopanne habe

and I took my car to the mechanic,

und mein Auto in die Werkstatt bringe,

the first thing they do is look under the hood.

wird zuerst ein Blick unter die Motorhaube geworfen.

But with mental health research,

Aber beim Thema psychische Gesundheit,

you can't just pop open the hood with the press of a button.

kann man nicht einfach per Knopfdruck die Motorhaube aufmachen.

So this is why we do experiments on animals.

Deshalb forschen wir an Tieren.

Specifically, in my lab, mice.

In meinem Labor speziell an Mäusen.

To understand the brain, well, we need to study brains.

Um das Gehirn zu verstehen, müssen wir Gehirne untersuchen.

And for the first time, we actually can.

Und erstmals ist uns dies möglich.

We can pop open the hood.

Wir können die Motorhaube aufmachen.

We can look inside

Wir können hineinsehen,

and do an experiment and see what comes out.

Versuche durchführen und die Ergebnisse betrachten.

Technology has opened new windows into the black box that is our minds.

Technologie schafft neue Möglichkeiten, um in die tiefen unserer Psyche zu sehen.

The development of optogenetic tools

Die Entwicklung optogenetischer Werkzeuge

has allowed us unprecedented control over specific neurons in the brain

gibt uns, wie nie zuvor, Kontrolle über spezielle Neuronen im Gehirn

and how they talk to each other by firing electrical signals.

und wie diese durch elektrische Signale miteinander kommunizieren.

Wir können Neuronen durch genetische Manipulation lichtempfindlich machen

We can genetically engineer neurons to be light sensitive

and then use light to control how neurons fire.

und dann Lichtsignale nutzen, um das Feuern der Neuronen zu regulieren.

This can change an animal's behavior,

Dies kann das Verhalten von Tieren ändern

giving us insight into what that neural circuit can do.

und gibt uns Aufschluss über die Funktion des Gehirnschaltkreises.

Want to know how scientists figure this out?

Wie die Wissenschaft das herausgefunden hat?

Scientists developed optogenetic tools by borrowing knowledge

Wissenschaftler entwickelten optogenetische Werkzeuge

durch Erkenntnisse aus anderen wissenschaftlichen Bereichen.

from other basic science fields.

Algae are single-celled organisms that have evolved to swim towards light.

Algen sind einzellige Organismen, die dem Licht entgegenschwimmen.

And when blue light shines onto the eyespot of an algae cell,

Scheint blaues Licht auf den Augenfleck der Algenzelle,

a channel opens, sending an electrical signal

werden elektrische Signale gesendet,

that makes little flagella flap

die die Geißeln anregen

and propels the algae towards sunlight.

und die Alge Richtung Sonnenlicht bewegen.

If we clone this light-sensitive part of the algae

Wenn wir den lichtempfindlichen Teil der Alge nachbilden

and then add it to neurons through genetic modification,

und durch genetische Veränderung in Neuronen einbauen,

können wir Neuronen ebenfalls lichtempfindlich machen.

we can make neurons light-sensitive, too.

Except, with neurons,

Aber bei Neuronen verändern wir,

when we shine light down an optical fiber deep into the brain,

wenn wir Licht mittels optischem Leiter tief ins Gehirn senden,

we change how they send electrical signals to other neurons in the brain

wie sie elektrische Signale an andere Neuronen senden

and thus change the animal's behavior.

und damit auch das tierische Verhalten.

With the help of my colleagues,

Mit Hilfe meiner Kollegen

I pioneered the use of optogenetic tools

ebnete ich den Weg zur Benutzung optogenetischer Geräte,

to selectively target neurons that are living in point A,

um bestimmte Neuronen an einem Punkt A anzuvisieren,

sending messages down wires aimed at point B,

die über Verbindungen Signale an einen Punkt B senden,

leaving neighboring neurons going other places unaffected.

ohne dabei benachbarte Neuronen zu beeinflussen.

This approach allowed us to test the function of each wire

Dieser Ansatz erlaubt, die Funktionen der einzelnen Verbindungen

within the tangled mess that is our brain.

im Kabelsalat unseres Gehirns zu untersuchen.

A brain region called the amygdala

Im Gehirn gilt die Amygdala schon lange

has long been thought to be important for emotion,

als bedeutsame Region für Emotionen.

and my laboratory discovered

Mein Labor hat herausgefunden,

that the amygdala resembles a fork in the road

dass sie einer Weggabelung gleicht,

where activating one path can drive positive emotion and approach,

wo die Aktivierung einer Nervenbahn positive Emotionen und Annäherung anstößt,

and activating another path can drive negative emotion and avoidance.

während die Aktivierung einer anderen negative Emotionen und Vermeidung steuert.

I'm going to show you a couple of examples --

Ich zeige Ihnen ein paar Beispiele

a taste of raw data --

– eine Kostprobe Rohdaten –

of how we can use optogenetics to target specific neurons in the brain

wie wir Optogenetik nutzen, um bestimmte Neuronen im Gehirn zu aktivieren

and get very specific changes in behavior.

und so konkrete Verhaltensänderungen herbeiführen.

Anxiety patients have abnormal communication

Angstpatienten haben eine gestörte Kommunikation

between two parts of the amygdala,

zwischen zwei Teilen der Amygdala,

but in people, it's hard to know if this abnormality is cause or effect

aber bei Menschen ist es schwierig zu beurteilen,

ob dies Ursache oder Effekt der Erkrankungen ist.

of the disease.

We can use optogenetics to target the same pathway in a mouse,

Wir nutzen Optogenetik, um die selben Nervenbahnen der Maus zu aktivieren

und zu sehen, was geschieht.

and see what happens.

So this is the elevated plus maze.

Dies ist ein erhöhtes Labyrinth.

It's a widely used anxiety test

Es ist ein weitverbreiter Angst-Test,

that measures the amount of time

der misst, wie viel Zeit die Maus

that the mouse spends in the safety of the closed arms

in den sicheren, geschlossenen Röhren

relative to exploring the open arms.

im Vergleich zur Erkundung der offenen Röhren verbringt.

Mice have evolved to prefer enclosed spaces,

Mäuse haben eine Vorliebe für geschlossene Räume entwickelt,

like the safety of their burrows,

wie die Geborgenheit ihrer Erdhöhlen,

but to find food, water, mates,

aber um Futter, Wasser und Partner zu finden,

they need to go out into the open

müssen sie nach draußen,

where they're more vulnerable to predatory threats.

wo sie gefährdeter gegenüber Feinden sind.

So I'm sitting in the background here,

Ich sitze im Hintergrund und bin dabei,

and I'm about to flip the switch.

den Schalter zu drücken.

And now, when I flip the switch and turn the light on,

Und jetzt, nachdem ich das Licht eingeschaltet habe,

you can see the mouse begins to explore the open arms of the maze more.

fängt die Maus an, die offenen Röhren stärker zu erkunden.

And in contrast to drug treatments for anxiety,

Im Gegensatz zur medikamentösen Behandlung von Angststörungen

there's no sedation, no locomotor impairment,

gibt es keine Sedierung, keine motorischen Beeinträchtigungen,

just coordinated, natural-looking exploration.

sondern nur eine koordinierte, natürlich wirkende Erkundung.

So not only is the effect almost immediate,

Der Effekt ist also nicht nur unmittelbar,

but there are no detectable side effects.

es gibt auch keine erkennbaren Nebenwirkungen.

Now, when I flip the switch off,

Wenn ich das Licht ausschalte,

you can see that the mouse goes back to its normal brain function

kehrt die Maus zu ihrer natürlichen Gehirnfunktion

and back to its corner.

und in ihre Ecke zurück.

When I was in the lab and I was taking these data,

Als ich im Labor diese Daten sammelte, war ich alleine.

I was all by myself, and I was so excited.

Und ich war so aufgeregt.

I was so excited, I did one of these quiet screams.

So aufgeregt, dass ich einen lautlosen Schrei ausstieß.

(Silently) Aah!

(Flüsternd) Aah!

(Laughter)

(Gelächter)

Why was I so excited?

Warum war ich so aufgeregt?

I mean, yeah, theoretically, I knew that the brain controlled the mind,

Ich meine, ja, theoretisch wusste ich, dass das Gehirn die Psyche steuert,

but to flip the switch with my hand

Aber als ich den Schalter betätigte und sah,

and see the mouse change its behavioral state

wie die Maus ihr Verhaltensmuster ändert,

so rapidly and so reversibly,

so schnell und umkehrbar,

it was really the first time that I truly believed it.

konnte ich es zum ersten Mal wirklich glauben.

Since that first breakthrough,

Seit diesem ersten Durchbruch

there have been a number of other discoveries.

machten wir eine Reihe weiterer Entdeckungen.

Finding specific neural circuits that can elicit dramatic changes

Wir fanden spezielle neurale Schaltkreise,

die drastische Veränderungen im tierischen Verhalten hervorrufen.

in animal behavior.

Here's another example: compulsive overeating.

Hier ist ein weiteres Beispiel: Zwanghaftes, übermäßiges Essen.

We can eat for two reasons.

Wir essen aus zweierlei Gründen.

Seeking pleasure, like tasty food,

Zur Genussbefriedigung, also leckeres Essen,

or avoiding pain, like being hungry.

oder zur Vermeidung von Schmerzen, also Hunger.

How can we find a treatment for compulsive overeating

Wie können wir eine Behandlung für zwanghafte Esssucht finden,

ohne das hungergesteuerte Essverhalten zu beschädigen,

without messing up the hunger-driven feeding

that we need to survive?

das wir zum Überleben brauchen?

The first step is to understand

Der erste Schritt ist zu verstehen,

how the brain gives rise to feeding behavior.

wie im Gehirn Essverhalten entsteht.

This fully-fed mouse is just exploring a space

Dies ist eine satte Maus, die ihre Umgebung erkundet.

completely devoid of any food.

Sie ist frei von jeglicher Nahrung.

Here we're using optogenetics to target neurons living in the hypothalamus,

Wir nutzen Optogenetik hier, um Zellen im Hypothalamus anzusteuern,

sending messages down wires aimed at the midbrain.

die Signale ins Mittelhirn senden.

When I turn the light on, right here,

Wenn ich das Licht einschalte, hier,

you can see that the mouse immediately begins licking the floor.

sehen Sie, dass die Maus sofort anfängt, den Boden abzulecken.

(Laughter)

(Gelächter)

This seemingly frenzied behavior

Dieses scheinbar verrückte Verhalten

is about to escalate into something I find really incredible.

baut sich zu etwas Unglaublichem auf.

It's kind of trippy, actually.

Es ist wirklich etwas schräg.

Ready?

Bereit?

It's right here.

Hier ist es.

See, he picks up his hands as if he is eating a piece of food,

Sehen Sie, er hebt die Hände hoch, als ob er ein Stück Nahrung zu sich nimmt,

but there's nothing there, he's not holding anything.

aber da ist nichts, er hält nichts in seinen Händen.

So this circuit is sufficient to drive feeding behavior

Dieser Schaltkreis genügt also, um das Essverhalten anzuregen,

in the absence of hunger,

obwohl kein Hunger

even in the absence of food.

und nicht einmal Nahrung vorhanden ist.

I can't know for sure how this mouse is feeling,

Ich kann nicht genau wissen, wie diese Maus sich fühlt,

but I speculate these neurons drive craving

aber ich vermute, diese Neuronen steuern Verlangen,

based on the behaviors we elicit when we target this pathway.

wenn die Aktivierung dieser Nervenbahn, ein solches Verhalten hervorruft.

Turn the light back off --

Schalten wir das Licht wieder aus,

animal's back to normal.

normalisiert sich das Tier.

When we silence this pathway,

Wenn wir die Nervenbahn ausschalten,

we can suppress and reduce compulsive overeating

können wir zwanghaftes Überessen unterdrücken und reduzieren,

without altering hunger-driven feeding.

ohne das hungergesteuerte Essverhalten zu verändern.

What did you take away from these two videos

Was entnehmen Sie den beiden Videos,

that I just showed you?

die ich Ihnen gezeigt habe?

That making a very specific change to neural circuits in the brain

Dass konkrete Änderungen in neuralen Schaltkreisen des Gehirns,

can have specific changes to behavior.

konkrete Änderungen im Verhalten erzeugen.

That every conscious experience that we have

Dass jede bewusste Erfahrung, die wir machen,

is governed by cells in our brain.

von Hirnzellen beherrscht wird.

I am the daughter of a physicist and a biologist,

Ich bin die Tochter eines Physikers und einer Biologin,

who literally met on the boat coming to America

die sich auf einem Schiff Richtung Amerika kennengelernt haben,

in pursuit of an education.

im Bestreben nach mehr Ausbildung.

So naturally,

Logischerweise,

since there was "no pressure" to be a scientist ...

da es "keinen Druck" gab, Wissenschaftlerin zu werden ...

(Laughter)

(Gelächter)

as a college student,

musste ich als Studentin entscheiden,

I had to decide whether I wanted to focus on psychology, the study of the mind,

ob mein Fokus Psychologie, also die Erforschung der Psyche,

or neuroscience, the study of the brain.

oder Neurowissenschaften, also Hirnforschung, sein wird.

And I chose neuroscience,

Ich wählte Neurowissenschaften,

because I wanted to understand how the mind is born

weil ich verstehen wollte, wie die Psyche

durch biologisches Gewebe entsteht.

out of biological tissue.

But really, I've come full circle to do both.

Aber der Kreis hat sich geschlossen.

And now my research program

Mein Forschungsprogramm überbrückt

bridges the gap between the mind and the brain.

die Lücke zwischen Psyche und Gehirn.

Research from my laboratory

Meine Laboruntersuchungen deuten darauf hin,

suggests that we can begin to tie specific neural circuits

dass wir bestimmte neurale Schaltkreise

mit Emotionen in Verbindung bringen können.

to emotional states.

And we have found a number of circuits

Und wir haben eine Reihe von Schaltkreisen entdeckt,

that control anxiety-related behavior,

die angstbezogenes Verhalten,

compulsive overeating,

zwanghaftes Überessen,

social interaction, avoidance

soziale Interaktion, Vermeidung

and many other types of motivated behaviors

und weitere Arten des Verhaltens kontrollieren.

that may reflect internal emotional states.

die vermutlich Gemütslagen widerspiegeln.

We used to think of functions of the mind as being defined by brain regions.

Man dachte stets, Funktionen des Geistes werden durch Hirnregionen erzeugt.

But my work shows that within a given brain region,

Aber meine Arbeit zeigt, dass in einer bestimmten Hirnregion

there are many different neurons doing different things.

viele verschiedene Neuronen verschiedene Dinge tun.

And these functions are partly defined by the paths they take.

Und die Funktionen werden teilweise durch die Bahnen bestimmt, die sie nehmen.

Here's a metaphor to help illustrate

Dazu eine Metapher, die illustriert,

how these discoveries change the way that we think about the brain.

wie diese Entdeckungen unsere Ansichten über das Gehirn verändern.

Let's say that the brain is analogous to the world

Angenommen, das Gehirn entspricht der Erde

and that neurons are analogous to people.

und die Neuronen sind die Menschen.

And we want to understand how information is transmitted across the planet.

Und wir wollen verstehen, wie Informationen global vermittelt werden.

Sure, it's useful to know

Sicher, es ist nützlich zu wissen,

where a given person is located when recording what they're saying.

wo sich eine bestimmte Person bei der Mitteilung aufhält.

But I would argue that it's equally important

Aber ich denke, es ist genauso wichtig zu wissen,

to know who this person is talking to,

mit wem diese Person spricht,

who is listening

wer zuhört

and how the people listening respond to the information that they receive.

und wie die Zuhörer auf die erhaltene Information reagieren.

The current state of mental health treatment

Der momentane Zustand psychologischer Behandlungen

is essentially a strategy of trial and error.

ist im Grunde eine Strategie des Ausprobierens.

And it is not working.

Und sie funktioniert nicht.

The development of new drug therapies for mental health disorders

Die Entwicklung neuer Arzneimittel für psychische Erkrankungen

has hit a brick wall,

steckt in einer Sackgasse,

with scarcely any real progress since the 1950s.

ohne echte Fortschritte seit den 50er Jahren.

So what does the future hold?

Wie sieht die Zukunft aus?

In the near future,

In absehbarer Zeit

I expect to see a mental health treatment revolution,

erwarte ich eine Revolution beim Behandeln psychischer Krankheiten,

where we focus on specific neural circuits in the brain.

bei der wir uns auf bestimmte, neurale Schaltkreise konzentrieren.

Diagnoses will be made based on both behavioral symptoms

Diagnosen werden sowohl auf Verhaltenssymptomen,

and measurable brain activity.

als auch auf messbaren Gehirnaktivitäten basieren.

Further in the future,

Ferner in der Zukunft,

by combining our ability to make acute changes to the brain

indem wir die Möglichkeit, feine Veränderungen im Gehirn

and get acute changes to behavior

und im Verhalten vorzunehmen,

with our knowledge of synaptic plasticity to make more permanent changes,

mit Kenntnissen zu synaptischer Plastizität verbinden

und so permanente Veränderungen schaffen,

we could push the brain into a state of fixing itself

könnten wir das Gehirn in einen Selbstheilungsmodus versetzen,

by reprogramming neural circuits.

durch das Umprogrammieren von neuralen Schaltkreisen.

Exposure therapy at the circuit level.

Konfrontationstherapie auf der Verschaltungsebene.

Once we switch the brain into a state of self-healing,

Wenn wir das Gehirn in einen Selbstheilungsmodus bringen,

this could potentially have long-lasting effects

könnte dies eventuell nachhaltige Effekte haben,

with no side effects.

ohne Nebenwirkungen.

I can envision a future where neural circuit reprogramming

Ich glaube an eine Zukunft, in der durch Umprogrammieren neuraler Schaltkreise

represents a potential cure, not just a treatment.

nicht nur Behandlung, sondern Heilung möglich ist.

OK, but what about right now?

Aber was ist mit der Gegenwart?

If from this very moment forward,

Wenn Sie in diesem Moment den Vortrag verließen

each and every one of you left this talk

und jeder von Ihnen von nun an

and truly believed that the mind comes entirely from cells in your brain,

fest davon überzeugt wäre, dass die Psyche restlos auf Hirnzellen beruht,

then we could immediately get rid of negative perceptions and stigmas

könnten wir sofort negative Eindrücke und Stigmata loswerden,

that prevent so many people

die viele Menschen davon abhalten,

from getting the mental health support that they need.

die benötigte psychologische Betreuung zu erhalten.

Mental health professionals,

Wir Gesundheitsfachkräfte,

we're always thinking about what's the next new treatment.

denken ständig über neue Behandlungsmethoden nach.

But before we can apply new treatments,

Aber bevor wir neue Verfahren anwenden können,

we need people to feel comfortable seeking them.

müssen die Menschen sich trauen sie aufzusuchen.

Imagine how dramatically we could reduce the rates of suicides

Stellen Sie sich vor, wie drastisch wir Suizidraten senken könnten,

and school shootings

oder Amokläufen,

if everyone who needed mental health support actually got it.

wenn jeder, der psychologische Betreuung braucht, sie auch erhalten würde.

When we truly understand exactly how the mind comes from the brain,

Wenn wir wirklich verstehen, wie genau das Gehirn die Psyche bedingt,

we will improve the lives of everyone

verbessern wir das Leben eines jeden,

who will have a mental illness in their lifetime --

der in seinem Leben eine psychische Erkrankung erleiden wird

half the population --

– also der Hälfte der Bevölkerung –

as well as everyone else with whom they share the world.

und auch derjenigen, die mit ihnen die Welt teilen.

Thank you.

Vielen Dank!

(Applause)

(Applaus)