Carl Schoonover: How to look inside the brain

Carl Schoonover: Einblicke in das Innere unseres Gehirns

Übersetzung: Daniela Balogh Lektorat: Judith Matz

This is a thousand-year-old drawing of the brain.

Dies ist eine 1000 Jahre alte Zeichnung des Gehirns.

It's a diagram of the visual system.

Sie zeigt ein Darstellung des Sehapparats.

And some things look very familiar today.

Und einige Dinge kommen uns auch heute bekannt vor.

Two eyes at the bottom, optic nerve flowing out from the back.

Unten zwei Augen und der Sehnerv, der dahinter hinausläuft.

There's a very large nose

Da ist eine sehr große Nase,

that doesn't seem to be connected to anything in particular.

die nicht den Anschein erweckt, als wäre sie mit irgendetwas Speziellem verbunden.

And if we compare this

Und wenn wir dies

to more recent representations of the visual system,

mit einer neueren Abbildung des Sehapparats vergleichen,

you'll see that things have gotten substantially more complicated

dann sehen Sie, dass die Dinge wesentlich komplizierter geworden sind

over the intervening thousand years.

im Laufe der letzten eintausend Jahre.

And that's because today we can see what's inside of the brain,

Das liegt daran, dass wir heute sehen können, was im Gehirn ist,

rather than just looking at its overall shape.

anstatt nur seine äußere Form zu betrachten.

Imagine you wanted to understand how a computer works

Stellen Sie sich vor, Sie wollen verstehen, wie ein Computer funktioniert

and all you could see was a keyboard, a mouse, a screen.

und alles, was Sie sehen können, ist eine Tastatur, eine Maus und einen Bildschirm.

You really would be kind of out of luck.

Da hätten Sie wirklich Pech gehabt.

You want to be able to open it up, crack it open,

Sie würden ihn öffnen wollen, ihn aufreißen wollen,

look at the wiring inside.

um sich die Verkabelung im Inneren ansehen zu können.

And up until a little more than a century ago,

Und bis vor etwas mehr als einem Jahrhundert

nobody was able to do that with the brain.

war niemand in der Lage, das mit dem Gehirn zu machen.

Nobody had had a glimpse of the brain's wiring.

Niemand hatte einen Einblick in die "Verkabelung" des Gehirns gehabt.

And that's because if you take a brain out of the skull

Das liegt daran, dass, wenn Sie das Gehirn aus dem Schädel nehmen

and you cut a thin slice of it,

und eine dünne Scheibe davon abschneiden,

put it under even a very powerful microscope,

diese sogar unter ein sehr starkes Mikroskop legen

there's nothing there.

– da nichts ist.

It's gray, formless.

Es ist grau, formlos.

There's no structure. It won't tell you anything.

Da gibt es keine Struktur. Es wird Ihnen nichts verraten.

And this all changed in the late 19th century.

Und all dies hat sich im späten 19. Jahrhundert geändert.

Suddenly, new chemical stains for brain tissue were developed

Plötzlich wurden neue chemische Färbemittel für das Gehirngewebe entwickelt

and they gave us our first glimpses at brain wiring.

und diese gaben uns erste Einblicke in die Verdrahtung des Gehirns.

The computer was cracked open.

Der Computer wurde aufgebrochen.

So what really launched modern neuroscience

Was nun wirklich die modernen Neurowissenschaften nach vorn gebracht hat,

was a stain called the Golgi stain.

war ein Färbemittel namens Golgi-Färbung.

And it works in a very particular way.

Und dieses wirkt auf eine sehr besondere Weise.

Instead of staining all of the cells inside of a tissue,

Anstatt alle Zellen innerhalb eines Gewebes zu färben,

it somehow only stains about one percent of them.

färbt es irgendwie nur etwa ein Prozent davon.

It clears the forest, reveals the trees inside.

Es lichtet den Wald und macht die einzelnen Bäume sichtbar.

If everything had been labeled, nothing would have been visible.

Wenn alles markiert worden wäre, wäre nichts sichtbar geworden.

So somehow it shows what's there.

Irgendwie zeigt es also, was da ist.

Spanish neuroanatomist Santiago Ramon y Cajal,

Der spanische Neurowissenschaftler Santiago Ramon y Cajal,

who's widely considered the father of modern neuroscience,

der weithin als der Vater der modernen Neurowissenschaften angesehen wird,

applied this Golgi stain, which yields data which looks like this,

benutze die Golgi-Färbung, was zu Ergebnissen führte, die so aussehen

and really gave us the modern notion of the nerve cell, the neuron.

und hat uns somit die moderne Vorstellung der Nervenzelle gegeben, dem Neuron.

And if you're thinking of the brain as a computer,

Und wenn Sie sich das Gehirn wie einen Computer vorstellen,

this is the transistor.

dann ist dies der Transistor.

And very quickly Cajal realized

Und Cajal hat sehr schnell erkannt,

that neurons don't operate alone,

dass Neuronen nicht allein operieren,

but rather make connections with others

sondern vielmehr Verbindungen zu anderen Neuronen herstellen,

that form circuits just like in a computer.

die Kreise bilden, genau wie in einem Computer.

Today, a century later, when researchers want to visualize neurons,

Wenn Wissenschaftler heute, ein Jahrhundert später, Neuronen sichtbar machen wollen,

they light them up from the inside rather than darkening them.

dann lassen sie diese von innen aufleuchten, anstatt sie zu verdunkeln.

And there's several ways of doing this.

Und es gibt mehrere Arten, wie man das machen kann.

But one of the most popular ones

Aber eine der gängigsten

involves green fluorescent protein.

beinhaltet grün fluoreszierendes Protein.

Now green fluorescent protein,

Grün fluoreszierendes Protein,

which oddly enough comes from a bioluminescent jellyfish,

das merkwürdigerweise von einer biolumineszenten Qualle stammt,

is very useful.

ist sehr nützlich.

Because if you can get the gene for green fluorescent protein

Wenn man nämlich das Gen des grün fluoreszierenden Proteins nimmt

and deliver it to a cell,

und es einer Zelle zuführt,

that cell will glow green --

wird die Zelle grün leuchten –

or any of the many variants now of green fluorescent protein,

oder in einer der vielen anderen Varianten des grün fluoreszierenden Proteins,

you get a cell to glow many different colors.

und so bekommt man eine Zelle, die in vielen verschiedenen Farben leuchtet.

And so coming back to the brain,

Und um zum Gehirn zurückzukommen:

this is from a genetically engineered mouse called "Brainbow."

dies ist von einer gentechnisch veränderten Maus names "Brainbow" (Gehirn-Regenbogen).

And it's so called, of course,

Und sie wird natürlich so genannt,

because all of these neurons are glowing different colors.

weil alle diese Neuronen in unterschiedlichen Farben leuchten.

Now sometimes neuroscientists need to identify

Manchmal müssen Neurowissenschaftler

individual molecular components of neurons, molecules,

individuelle molekulare Komponenten der Neuronen, Moleküle, identifizieren

rather than the entire cell.

anstatt der gesamten Zelle.

And there's several ways of doing this,

Und es gibt verschiedene Arten, dies zu tun,

but one of the most popular ones

aber eine der populärsten Arten

involves using antibodies.

beinhaltet die Nutzung von Antikörpern.

And you're familiar, of course,

Und Sie kennen Antikörper natürlich

with antibodies as the henchmen of the immune system.

als Handlanger des Immunsystems.

But it turns out that they're so useful to the immune system

Und es hat sich herausgestellt, dass sie so hilfreich für das Immunsystem sind,

because they can recognize specific molecules,

weil sie spezifische Moleküle erkennen können,

like, for example, the coat protein

wie zum Beispiel das Schlüsselprotein

of a virus that's invading the body.

eines Virus, das den Körper angreift.

And researchers have used this fact

Und Wissenschaftler benutzen diese Tatsache

in order to recognize specific molecules inside of the brain,

um spezifische Moleküle im Gehirn zu erkennen,

recognize specific substructures of the cell

spezifische Unterstrukturen der Zelle zu erkennen

and identify them individually.

und diese einzeln zu identifizieren.

And a lot of the images I've been showing you here are very beautiful,

Und viele der Bilder, die ich Ihnen hier gezeigt habe, sind sehr schön,

but they're also very powerful.

aber sie sind auch sehr kraftvoll.

They have great explanatory power.

Sie haben eine sehr starke erklärende Kraft.

This, for example, is an antibody staining

Dies hier ist zum Beispiel eine Antikörper-Färbung

against serotonin transporters in a slice of mouse brain.

der Serotonintransporter im Gehirn einer Maus.

And you've heard of serotonin, of course,

Und Sie kennen natürlich Serotonin

in the context of diseases like depression and anxiety.

im Kontext von Krankheiten wie Depressionen und Angstzuständen.

You've heard of SSRIs,

Sie kennen SSRIs,

which are drugs that are used to treat these diseases.

Medikamente, die zur Behandlung dieser Krankheiten genutzt werden.

And in order to understand how serotonin works,

Und um zu verstehen, wie Serotonin arbeitet,

it's critical to understand where the serontonin machinery is.

ist es entscheidend zu verstehen, wo die "Serotoninmaschine" ist.

And antibody stainings like this one

Eine Antikörper-Färbung wie diese hier

can be used to understand that sort of question.

kann genutzt werden, um diese Art von Fragen zu verstehen.

I'd like to leave you with the following thought:

Ein Gedanke soll den Ausklang bilden:

Green fluorescent protein and antibodies

Grün fluoreszierendes Protein und Antikörper

are both totally natural products at the get-go.

sind beide von Anfang an total natürliche Produkte.

They were evolved by nature

Sie sind von der Natur entwickelt worden,

in order to get a jellyfish to glow green for whatever reason,

damit eine Qualle grün leuchtet, aus welchem Grund auch immer,

or in order to detect the coat protein of an invading virus, for example.

oder um das Protein eines angreifenden Virus zu aufzuspüren.

And only much later did scientists come onto the scene

Und erst sehr viel später tauchen Wissenschaftler auf der Bühne auf

and say, "Hey, these are tools,

und sagen: "Hey, das sind Werkzeuge,

these are functions that we could use

das sind Funktionen, die wir nutzen könnten

in our own research tool palette."

in unserer eigenen Werkzeugpalette für die Forschung."

And instead of applying feeble human minds

Und anstatt dass sich der klägliche menschliche Verstand dafür einsetzen musste

to designing these tools from scratch,

um diese Werkzeuge aus dem Nichts zu erfinden,

there were these ready-made solutions right out there in nature

waren da diese vorgefertigten Lösungen direkt draußen in der Natur,

developed and refined steadily for millions of years

entwickelt und ununterbrochen verbessert seit Millionen von Jahren

by the greatest engineer of all.

vom Größten aller Ingenieure.

Thank you.

Danke.

(Applause)

(Applaus)