Ed Boyden: A light switch for neurons

Ed Boyden : Un interrupteur pour allumer les neurones.

Traducteur: Elisabeth Buffard Relecteur: eric vautier

Réfléchissez un instant à votre journée.

Think about your day for a second.

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

Vous vous êtes réveillé, vous avez senti l'air frais sur votre visage quand vous êtes sorti,

encountered new colleagues and had great discussions

vous avez croisé de nouveaux collègues, vous avez eu de grandes discussions,

et vous vous êtes enthousiasmé quand vous avez découvert quelque chose de nouveau.

and felt in awe when you found something new.

Mais je parie qu'il y a une chose à laquelle vous n'avez pas pensé aujourd'hui --

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

une chose tellement proche de vous

something so close to home,

que vous n'y pensez probablement quasiment jamais.

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

Je parle du fait que toutes ces sensations, ces impressions,

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

ces décisions et ces actions

sont arbitrées par l'ordinateur qui se trouve dans votre tête

are mediated by the computer in your head

qu'on appelle le cerveau.

called your brain.

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

Évidemment vu de l'extérieur le cerveau ne ressemble pas à grand chose --

un kilo de chair rose grisâtre,

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

informe --

amorphous.

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

mais le dernier siècle en neuroscience

nous a permis de faire un zoom sur le cerveau

and to see the intricacy of what lies within.

et de découvrir la complexité de ce qu'il abrite.

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

Il nous a appris que ce cerveau

est un circuit incroyablement compliqué

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

fait de centaines de milliards de cellules appelées neurones.

Now, unlike a human-designed computer,

Maintenant, à la différence d'un ordinateur conçu par l'homme,

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

qui a un nombre relativement limité de composants --

dont nous connaissons le fonctionnement, puisque nous les avons conçus --

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

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

le cerveau est fait de milliers de sortes de cellules différentes,

peut-être des dizaines de milliers.

maybe tens of thousands.

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

Elles sont de formes différentes, elles sont faites de différentes molécules,

elles se projettent et se connectent à des différentes régions du cerveau.

they project and connect to different brain regions.

Elles changent aussi différemment selon différents états de maladies.

They also change in different ways in different disease states.

Parlons concrètement.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Il y a une catégorie de cellules,

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

une cellule relativement petite, inhibitrice, qui endort ces voisines.

C'est une des cellules qui semble être atrophiée dans des états comme la schizophrénie.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

On l'appelle cellule à corbeille.

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

Cette cellule est une parmi les milliers

que nous découvrons progressivement.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

On en découvre de nouvelles tous les jours.

Pour donner un autre exemple:

As just a second example:

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

ces grandes cellules, pyramidales,

peuvent s'étendre sur une portion significative du cerveau.

of the brain.

Elles sont stimulantes.

They're excitatory.

Ce sont certaines des cellules

And these are some of the cells that might be overactive

qui peuvent être hyperactives dans des troubles comme l'épilepsie.

in disorders such as epilepsy.

Chacune de ces cellules

Every one of these cells is an incredible electrical device.

est un incroyable appareil électrique.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Elles sont alimentées par des milliers de partenaires en amont

et elles gèrent leur propre production électrique,

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

qui, si elle dépasse un certain seuil,

se répartit alors entre les milliers de cellules en aval.

will go to thousands of downstream partners.

Ce processus qui prend environ une milliseconde,

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

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

se produit des milliers de fois par minute

dans chacune de vos 100 milliards de cellules,

as long as you live and think and feel.

tant que vous vivez,

pensez et ressentez.

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

Allons-nous donc découvrir ce que fait ce circuit?

Dans un monde parfait, nous pourrions parcourir ce circuit,

Ideally, we could go through this circuit

allumer et éteindre différentes sortes de cellules

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

et voir si nous pouvons trouver

which ones contribute to certain functions

lesquelles participent à telles fonctions

and which ones go wrong in certain pathologies.

et lesquelles faillissent dans certaines pathologies.

Si nous pouvions activer des cellules, nous pourrions voir quels sont leurs pouvoirs,

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

ce qu'elles peuvent déclencher et supporter.

what they can initiate and sustain.

Si nous pouvions les éteindre,

If we could turn them off,

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

alors nous pourrions essayer de comprendre ce à quoi elles sont nécessaires.

C'est l'histoire que je vais vous raconter aujourd'hui.

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

Et honnêtement, nous avons passé les 11 dernières années

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

à essayer de trouver un moyen

through an attempt to find ways

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

d'allumer et éteindre des circuits, des cellules, des parties

et des chemins du cerveau,

on and off,

à la fois pour comprendre la science

both to understand the science

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

mais aussi pour aborder quelques-uns des problèmes

auxquels nous sommes confrontés en tant qu'humains.

Now, before I tell you about the technology,

Maintenant, avant que je ne vous parle de la technologie,

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

la mauvaise nouvelle est qu'une grande partie de nous dans cette salle,

si nous vivons assez longtemps,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

aurons, peut-être, des troubles cérébraux.

Déjà, un milliard de personnes

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

ont une forme ou une autre de troubles cérébraux

qui les handicape.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

Les chiffres ne leur font même pas justice.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Ces troubles - la schizophrénie, la maladie d'Alzheimer,

la dépression, la toxicomanie --

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

non seulement volent notre temps de vie, elles changent qui nous sommes,

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

elles nous prennent notre identité, changent nos émotions

and change who we are as people.

et changent qui nous sommes.

Now, in the 20th century,

Cependant, au 20e siècle,

on a eu un peu d'espoir

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

grâce au développement de médicaments pour le traitement des troubles cérébraux.

Bien que l'on ait développé de nombreux médicaments

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

qui peuvent soulager les symptômes des troubles du cerveau,

on ne peut en pratique en guérir aucun.

practically none of them can be considered to be cured.

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

C'est en partie dû au fait que le cerveau baigne dans un bain chimique.

we're bathing the brain in a chemical --

Ce circuit complexe

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

fait de milliers de différents types de cellules

baigne dans une substance.

is being bathed in a substance.

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

C'est aussi pourquoi, peut-être la plupart des médicaments, et non pas tous, sur le marché

peuvent aussi présenter des effets secondaires graves.

can present some kind of serious side effect too.

Certaines personnes ont obtenu un peu de réconfort

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

à partir de stimulateurs électriques qu'on implante dans le cerveau.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

Pour la maladie de Parkinson,

les implants cochléaires

These have indeed been able to bring some kind of remedy

ont en effet été en mesure

d'apporter une sorte de remède

to people with certain kinds of disorders.

aux personnes atteintes de certains types de troubles.

But electricity also will go in all directions --

Mais l'électricité ira aussi dans toutes les directions --

the path of least resistance --

le chemin de moindre résistance,

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

c'est de là que vient cette expression, en partie.

and will also affect normal circuits,

Elle aura un effet sur les circuits normaux en même temps que sur ceux que vous souhaitez réparer.

as well as the abnormal ones you want to fix.

A nouveau, nous sommes renvoyés à l'idée

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

d'un contrôle ultra-précis.

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

Peut-on envoyer une information exactement là où nous voulons?

Quand j'ai commencé en neurosciences il y a 11 ans,

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

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

j'ai eu une formation d'ingénieur électricien et de physicien,

the first thing I thought about was,

la première chose que j'en ai pensé était:

if these neurons are electrical devices,

si ces neurones sont des appareils électriques,

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

tout ce que nous devons faire est de trouver un moyen

de générer ces changements électriques à distance.

at a distance.

Si l'on pouvait allumer l'électricité dans une cellule,

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

mais pas dans ses voisines,

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

cela nous donnerait l'outil dont nous avons besoin pour activer et fermer ces différentes cellules,

comprendre ce qu'elles font et comment elles contribuent

to figure out what they do

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

aux réseaux dans lesquels elles sont embarquées.

Cela nous permettrait aussi d'avoir le contrôle ultra-précis nécessaire

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

pour corriger les calculs du circuit

to fix the circuit computations that have gone awry.

qui ont mal tourné.

Now, how are we going to do that?

Comment allons-nous faire?

Well, there are many molecules that exist in nature

Il y a de nombreuses molécules dans la nature,

qui sont capables de convertir la lumière en électricité.

which are able to convert light into electricity.

Vous pouvez les considérer comme de petites protéines

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

semblables à des panneaux solaires.

If we install these molecules in neurons somehow,

Si nous pouvions installer ces molécules dans les neurones,

then these neurons would become electrically drivable with light,

on pourrait ainsi contrôler ces neurones par la lumière.

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

Mais pas leurs voisines, qui n'ont pas la molécule.

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

Il y a un tour de magie dont vous avez besoin pour que cela arrive,

c'est la capacité à apporter la lumière dans le cerveau.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

Pour ce faire -- le cerveau ne ressent pas la douleur -- vous pouvez mettre --

Taking advantage of all the effort

grâce aux progrès

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

réalisés pour Internet, les communications etc. -

you can put optical fibers connected to lasers

des fibres optiques reliées à des lasers

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

que vous pouvez utiliser pour activer, dans des modèles animaux, par exemple,

dans les études pré-cliniques,

these neurons and see what they do.

ces neurones et voir ce qu'ils font.

Comment faisons-nous cela?

So how do we do this?

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

Vers 2004,

en collaboration avec Gerhard Nagel et Karl Deisseroth,

this vision came to fruition.

cette vision s'est concrétisée.

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

Il y a une algue qui nage dans la nature,

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

elle a besoin de naviguer vers la lumière

pour obtenir une photosynthèse optimale.

And it senses light with a little eyespot,

Elle perçoit la lumière avec une sorte d’œil,

which works not unlike how our eye works.

qui fonctionne un peu comme notre œil.

In its membrane, or its boundary,

Sa membrane, ou son enveloppe,

it contains little proteins

contient des petites protéines

qui, en effet, peuvent convertir la lumière en électricité.

that indeed can convert light into electricity.

Ces molécules sont appelées rhodopsines sensorielles.

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

Chacune de ces protéines agit comme le panneau solaire dont je vous ai parlé.

that I told you about.

Lorsque la lumière bleue la frappe, elle ouvre un petit trou

When blue light hits it,

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

et permet aux particules chargées d'entrer dans l'œil.

Cela permet à cet œil d'avoir un signal électrique

that allows this eyespot to have an electrical signal,

tout comme un panneau solaire qui charge une batterie.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

Nous devons donc prendre ces molécules

et les installer dans les neurones.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

Comme c'est une protéine,

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

elle est codée dans l'ADN de cet organisme.

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

Nous avons juste à prendre l'ADN,

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

le mettre dans un vecteur de thérapie génique, comme un virus,

and put it into neurons.

et le mettre dans les neurones.

And this was a very productive time in gene therapy,

Il s'est avéré que c'était une période très productive en thérapie génique,

and lots of viruses were coming along,

et on trouvait beaucoup de virus.

so this turned out to be fairly simple.

Cela s'est donc avéré très simple à faire.

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

Et un matin de l'été 2004,

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

nous avons essayé, et cela a fonctionné du premier coup.

Vous prenez cet ADN et vous le mettez dans un neurone.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

Le neurone utilise ses protéines naturelles

to fabricate these little light-sensitive proteins

pour fabriquer ces petites protéines sensibles à la lumière

et les installer sur la cellule,

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

comme on met des panneaux solaires sur un toit.

And the next thing you know,

Et ensuite,

you have a neuron which can be activated with light.

vous avez un neurone qui peut être activé par la lumière.

Donc, c'est très puissant.

So this is very powerful.

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

Un des trucs que vous devez faire

est de savoir comment amener ces gènes dans les cellules que vous voulez

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

et pas dans toutes les cellules voisines.

Vous pouvez faire cela, vous pouvez ajuster les virus

And you can do that;

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

pour qu'ils frappent juste quelques cellules et pas d'autres.

On peut utiliser d'autres astuces génétiques

And there's other genetic tricks you can play

afin d'obtenir des cellules activées par la lumière.

in order to get light-activated cells.

Ce domaine s'appelle désormais l'optogénétique.

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

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

A titre d'exemple de ce qui est faisable,

vous pouvez prendre un réseau complexe,

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

utiliser un de ces virus pour amener le gène

à un seul type de cellule dans ce réseau dense.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

Quand ensuite vous dirigez la lumière sur l'ensemble du réseau,

just that cell type will be activated.

seul ce type de cellule sera activé.

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

Par exemple, considérons cette cellule à panier, dont je vous ai parlé plus tôt -

celle qui est atrophiée dans la schizophrénie

the one that's atrophied in schizophrenia

et qui est inhibitrice.

and the one that is inhibitory.

Si nous pouvons amener ce gène dans ces cellules --

If we can deliver that gene to these cells --

et si elles ne sont pas modifiées par l'expression du gène, bien sûr --

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

puis envoyer un flash de lumière bleue sur la totalité du réseau du cerveau,

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

seules ces cellules vont être entraînées.

Quand la lumière s'éteint, ces cellules vont revenir à la normale,

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

ça ne semble pas leur poser de problème.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

Non seulement vous pouvez vous servir de ça pour étudier ce que ces cellules font,

what their power is in computing in the brain,

le pouvoir qu'elles ont dans les calculs dans le cerveau,

mais vous pouvez également vous en servir pour essayer de comprendre --

you can also use this to try to figure out

ainsi nous pourrions dynamiser l'activité de ces cellules,

if we could jazz up the activity of these cells

si vraiment elles sont atrophiées.

if indeed, they're atrophied.

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

Je veux maintenant vous raconter quelques histoires courtes

sur la façon dont nous utilisons cela,

both at the scientific clinical and preclinical levels.

tant sur le plan scientifique que sur les plans clinique et pré-clinique.

One of the questions that we've confronted is:

Une des questions qui s'est posée à nous

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

est: quels sont les signaux dans le cerveau qui interviennent dans la sensation de récompense?

Because if you could find those,

Si on pouvait les trouver,

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

ce serait les signaux qui pourraient conduire l'apprentissage.

Le cerveau créera plus de ce qui a obtenu cette récompense.

the brain will do more of what got that reward.

Ce sont les signaux qui posent problème dans des cas comme la toxicomanie.

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

Si nous pouvions trouver quelles sont ces cellules,

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

nous pourrions peut-être trouver de nouvelles cibles

pour lesquelles les médicaments pourraient être conçus ou ciblés,

for which drugs can be designed or screened against

ou des endroits où on pourrait mettre des électrodes

or maybe places where electrodes could be put in

pour les personnes qui ont des handicaps très sévères.

for people who have severe disability.

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

Pour ce faire, nous avons trouvé un paradigme très simple

en collaboration avec le groupe Fiorella,

in collaboration with the Fiorillo group,

d'un côté de cette petite boîte,

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

si l'animal y va, il reçoit une impulsion de lumière

it gets a pulse of light.

afin de rendre les différentes cellules du cerveau sensibles à la lumière.

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

Si ces cellules peuvent arbitrer la récompense,

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

l'animal devrait y aller de plus en plus.

Et c'est ce qui arrive.

And that's what happens.

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

Cet animal va aller à droite et y mettre son nez,

il reçoit un flash de lumière bleue à chaque fois qu'il le fait.

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

Il va le faire des centaines et des centaines de fois.

He'll do that hundreds of times.

Ce sont les neurones dopaminergiques,

These are the dopamine neurons,

dont certains d'entre vous ont entendu parler dans certains centres du plaisir du cerveau.

in some of the pleasure centers in the brain.

Nous avons montré qu'il suffit de les activer brièvement

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

pour conduire l'apprentissage.

Nous pouvons généraliser cette idée.

Now we can generalize the idea.

Au lieu d'un seul point dans le cerveau,

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

nous pouvons concevoir des dispositifs qui couvrent le cerveau,

qui peuvent fournir de la lumière de manière tri-dimensionnelle --

that can deliver light into three-dimensional patterns --

des matrices de fibres optiques,

arrays of optical fibers,

couplée chacune à sa propre source miniature de lumière.

each coupled to its own independent miniature light source.

Nous pouvons essayer de faire des choses in vivo

Then we can try to do things in vivo

qui ont seulement été faites à ce jour en labo --

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

comme le criblage à haut débit dans tout le cerveau

pour les signaux qui peuvent produire certaines choses.

for the signals that can cause certain things to happen

Ou ils pourraient être de bonnes cibles cliniques

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

pour le traitement des troubles du cerveau.

Une histoire que je veux vous raconter

One story I want to tell you about is:

est comment trouver des cibles pour le traitement des troubles de stress post-traumatique --

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

une forme d'anxiété et de peur incontrôlée.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

Une des choses que nous avons faites

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

a été d'adopter un modèle très classique de la peur.

This goes back to the Pavlovian days.

Cela remonte à l'époque pavlovienne.

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

On appelle ça le conditionnement pavlovien de peur --

où une tonalité se termine par un choc bref.

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

Le choc n'est pas douloureux, mais c'est un peu dérangeant.

Au fil du temps -- dans ce cas, une souris,

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

qui est un bon modèle animal, couramment utilisé dans de telles expériences --

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

l'animal apprend à craindre la tonalité.

the animal learns to fear the tone.

L'animal va réagir en se figeant,

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

un peu comme un cerf dans la lumière des phares.

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

Maintenant la question est: quelles cibles dans le cerveau pouvons-nous trouver

that allow us to overcome this fear?

qui nous permettent de surmonter cette peur?

Nous jouons donc cette tonalité à nouveau

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

après qu'elle a été associée à la peur.

Mais nous activons des cibles différentes dans le cerveau,

But we activate different targets in the brain,

en utilisant cette matrice de fibres optiques dont je vous ai parlé dans la diapositive précédente,

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

afin d'essayer de comprendre quelles cibles

in order to try and figure out

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

peuvent faire que le cerveau surmonte ce souvenir de peur.

Cette brève vidéo

This brief video shows you one of these targets

vous montre l'une des cibles sur laquelle nous travaillons actuellement.

that we're working on now.

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

C'est une zone du cortex préfrontal,

une région où nous pouvons utiliser la cognition pour tenter de surmonter des états émotionnels aversifs.

to try to overcome aversive emotional states.

L'animal va entendre une tonalité -- et il y a eu un flash de lumière.

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

Il n'y a pas d'audio, mais vous pouvez voir l'animal se figer.

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

D'habitude cette tonalité était une mauvaise nouvelle.

the tone used to mean bad news.

Il y a une petite horloge en bas à gauche,

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

vous pouvez ainsi voir l'animal au bout de deux minutes.

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

La vidéo suivante

This next clip is just eight minutes later.

se situe huit minutes plus tard.

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

On va jouer la même tonalité, et la lumière va clignoter à nouveau.

Bon, voilà. Maintenant.

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

Vous pouvez voir, 10 minutes après le début de l'expérience,

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

que nous avons équipé le cerveau en photoactivant cette zone

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

pour surmonter l'expression

to overcome the expression of this fear memory.

de cette mémoire de peur.

Au cours des dernières années, nous sommes revenus à l'arbre de vie,

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

parce que nous voulions trouver des façons d'éteindre des circuits dans le cerveau.

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

Si nous pouvions le faire, cela pourrait être extrêmement puissant.

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

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

Si vous pouvez supprimer des cellules pendant quelques millisecondes ou secondes,

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

vous pouvez comprendre quel rôle elles jouent

dans les circuits dans lesquels elles sont embarquées.

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

Nous avons donc désormais examiné des organismes dans tout l'arbre de vie --

tous les domaines de la vie, sauf les animaux, que nous voyons un peu différemment.

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

Nous avons trouvé toutes sortes de molécules, on les appelle halorhodopsines ou archaerhodopsines,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

qui répondent à la lumière verte et jaune.

that respond to green and yellow light.

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

Elles font le contraire de la molécule dont je vous ai déjà parlé

avec la rhodopsine sensorielle activatrice de lumière bleue.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

Donnons un exemple où nous pensons que cela va aller.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Considérons par exemple une maladie, comme l'épilepsie,

where the brain is overactive.

où le cerveau est hyperactif.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Si les médicaments échouent à la traiter,

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

l'une des stratégies consiste à enlever une partie du cerveau.

Mais c'est évidemment irréversible, et il pourrait y avoir des effets secondaires.

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

Si nous pouvions simplement éteindre ce cerveau pendant un bref moment,

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

jusqu'à ce que la crise s'arrête,

until the seizure dies away,

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

et faire que le cerveau revienne à son état initial --

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

un peu comme un système dynamique qu'on apaise pour qu'il revienne à un état stable.

Cette animation essaie simplement d'expliquer ce concept

This animation tries to explain this concept

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

où nous avons rendu ces cellules sensibles pour qu'elles s'éteignent avec la lumière,

nous envoyons un faisceau de lumière,

and we beam light in,

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

seulement pendant la durée nécessaire à arrêter une crise,

nous espérons être en mesure de l'empêcher.

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

Nous n'avons pas de données à montrer,

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

mais nous sommes très enthousiastes.

but we're very excited about this.

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

Je veux terminer sur une histoire,

dont nous pensons que c'est une autre possibilité --

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

ces molécules, si vous pouvez avoir un contrôle ultra-précis,

peuvent être utilisées dans le cerveau lui-même

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

pour faire un nouveau type de prothèse, une prothèse optique.

an optical prosthetic.

Je vous ai déjà dit que les stimulateurs électriques ne sont pas rares.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

75000 personnes ont des stimulateurs Parkinson profondément implantés dans le cerveau.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

Peut-être 100000 personnes ont des implants cochléaires,

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

qui leur permettent d'entendre.

Autre chose : vous devez introduire ces gènes dans les cellules.

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

Un nouvel espoir en thérapie génique a été développé

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

parce que les virus comme le virus adéno-associé,

que probablement la plupart d'entre nous dans cette salle ont,

which probably most of us around this room have;

sans présenter de symptôme,

it doesn't have any symptoms --

qui ont été utilisés sur des centaines de patients

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

pour amener des gènes dans le cerveau ou le corps.

And so far, there have not been serious adverse events

Jusqu'ici, il n'y a pas eu des événements indésirables graves

associés au virus.

associated with the virus.

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

Il y a encore un point noir, les protéines elles-mêmes,

which come from algae, bacteria and funguses

qui viennent d'algues, de bactéries et de champignons,

and all over the tree of life.

et de partout dans l'arbre de vie.

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

La plupart d'entre nous n'ont pas de champignons ou d'algues dans nos cerveaux,

que fera notre cerveau si on en introduit?

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

Les cellules vont-elles le tolérer? Est-ce que le système immunitaire va réagir?

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

On en est au début -- on a pas encore essayé sur des humains --

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

mais nous travaillons sur une série d'études

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

pour examiner cela.

Jusqu'ici, nous n'avons pas vu de réactions manifestes d'une quelconque gravité

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

à ces molécules

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

ou à l'illumination du cerveau avec de la lumière.

Donc, il est encore tôt, pour être franc, mais ça nous excite.

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

Je voulais terminer avec une histoire,

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

dont nous pensons qu'elle pourrait potentiellement

être une application clinique.

Now, there are many forms of blindness

Il y a de nombreuses formes de cécité

dans lesquelles les photorécepteurs,

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

nos capteurs de lumière qui sont derrière nos yeux, sont morts.

are gone.

And the retina is a complex structure.

La rétine, bien sûr, est une structure complexe.

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

Maintenant, nous allons zoomer ici, donc nous pouvons la voir plus en détail.

Les cellules photoréceptrices sont présentées ici en haut,

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

les signaux qui sont détectés par les photorécepteurs

sont transformés par divers calculs,

via various computations

jusqu'à ce que finalement la couche de cellules à la base, les cellules ganglionnaires,

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

transmettent les informations au cerveau,

relay the information to the brain,

où nous voyons ça en tant que perception.

where we see that as perception.

Dans de nombreuses formes de cécité, comme la rétinite pigmentaire,

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

ou la dégénérescence maculaire,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

les photorécepteurs sont atrophiés ou détruits.

Now, how could you repair this?

Donc, comment réparer cela?

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

On n'est même pas sûr qu'un médicament puisse le faire,

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

car le médicament ne peut se lier à rien.

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

D'autre part, la lumière peut encore pénétrer dans l'œil.

L'œil est toujours transparent et vous pouvez faire pénétrer la lumière.

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

Et si nous pouvions simplement prendre ces rhodopsines sensorielles, et d'autres molécules,

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

et les installer sur certaines de ces autres cellules restantes

and install them on some of these other spared cells

pour les transformer en petites caméras.

and convert them into little cameras?

Il y a tellement de ces cellules dans l’œil,

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

potentiellement, elles pourraient agir comme des caméras à très haute résolution.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

Voici nos travaux en cours.

This is some work that we're doing,

Un de nos collaborateurs les conduit,

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

Alan Horsager à l'USC,

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

et on cherche à être commercialisé par la start-up Eos neurosciences,

financée par le NIH.

which is funded by the NIH.

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

Vous voyez ici une souris qui essayer de résoudre un labyrinthe.

C'est un labyrinthe à six chemins. Il y a un peu d'eau dans le labyrinthe

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

pour motiver la souris à se déplacer, sinon elle va rester là sans bouger.

Le but, bien sûr, de ce labyrinthe

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

est de sortir de l'eau et d'aller à une petite plate-forme

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

qui est sous le port éclairé.

Les souris sont intelligentes, donc cette souris résout le labyrinthe finalement,

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

but he does a brute-force search.

mais elle fait une recherche par force brute.

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

Elle nage dans tous les sens jusqu'à ce qu'elle arrive finalement à la plate-forme.

He's not using vision to do it.

Elle n'utilise pas la vision pour le faire.

These different mice are different mutations

Ces différentes souris sont différentes mutations

qui représentent les différents types de cécité qui affectent les humains.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

Nous regardons soigneusement ces différents modèles,

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

pour arriver ainsi à une approche généralisée.

so we come up with a generalized approach.

Comment allons-nous résoudre ce problème?

So how can we solve this?

Nous allons faire exactement ce que nous avons décrit précédemment.

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

Nous allons prendre ces photodétecteurs à lumière bleue

We'll take these blue light photo sensors

et les installer sur une couche de cellules

and install them onto a layer of cells

au milieu de la rétine à l'arrière de l'œil

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

and convert them into a camera --

et les convertir en caméra.

just like installing solar cells all over those neurons

Comme si on installait des cellules solaires sur tous ces neurones

afin de les rendre sensibles à la lumière.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

La lumière est convertie en électricité sur eux.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Cette souris était aveugle quelques semaines avant cette expérience

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

et a reçu une dose de cette molécule photosensible dans un virus.

Maintenant vous pouvez le voir, l'animal peut en effet éviter les murs,

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

aller à cette petite plate-forme

and go to this little platform

et faire usage de ses yeux cognitifs à nouveau.

and make cognitive use of its eyes again.

Pour souligner la puissance de ce système:

And to point out the power of this:

ces animaux sont capables d'arriver à cette plate-forme

these animals can get to that platform

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

aussi vite que les animaux qui ont vu toute leur vie.

Ainsi cette étude pré-clinique, je pense,

So this preclinical study, I think, bodes hope

est porteuse d''espoir pour le genre de choses

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

que nous espérons faire à l'avenir.

Pour terminer, je tiens à souligner que nous explorons également

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

de nouveaux modèles économiques pour ce nouveau domaine de la neurotechnologie.

Nous développons ces outils,

We're developing tools and sharing them freely

mais nous les partageons librement avec des centaines de groupes partout dans le monde,

with hundreds of groups all over the world

ainsi les gens peuvent étudier et essayer de traiter différents troubles.

for them to study and try to treat different disorders.

Notre espoir est que, en tentant de trouver les circuits du cerveau

Our hope is that by figuring out brain circuits

à un niveau d'abstraction qui nous permet de les réparer et les modifier,

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

nous pouvons prendre certains de ces troubles intraitables dont je vous ai parlé plus tôt,

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

dont quasiment aucun n'est guéri,

practically none of which are cured,

et au 21e siècle en faire un problème du passé.

and in the 21st century, make them history.

Merci.

Thank you.

(Applause)

(Applaudissements)

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

Juan Enriquez: Quelques sujets ont été plutôt denses.

(Laughter)

(Rires)

Mais ce qu'implique le fait

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

d'être en mesure de contrôler les crises d'épilepsie

with light instead of drugs

avec de la lumière plutôt que des médicaments,

and being able to target those specifically

et d'être capable de les cibler spécifiquement

is a first step.

est une première étape.

The second thing that I think I heard you say

La deuxième chose que je pense vous avoir entendu dire

is you can now control the brain in two colors,

est que vous pouvez désormais contrôler le cerveau en deux couleurs.

Comme un interrupteur on / off.

like an on-off switch.

Ed Boyden: C'est exact.

Ed Boyden: That's right.

JE: Ce qui transforme chaque impulsion qui passe par le cerveau en un code binaire.

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

EB: Oui, oui.

EB: Right.

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

Avec une lumière bleue, nous pouvons conduire l'information, sous la forme d'un 1.

En éteignant le tout, c'est plus ou moins un zéro.

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

Notre espoir est de finir par construire des coprocesseurs du cerveau

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

qui travaillent avec le cerveau,

afin que nous puissions augmenter les fonctions des personnes handicapées.

so we can augment functions in people with disabilities.

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

JE: Et en théorie, cela signifie que,

comme une souris sent, ressent,

entend, touche,

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

vous pouvez en faire un modèle comme une chaîne de 1 et de 0.

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

EB: Bien sûr, oui. Nous espérons pouvoir utiliser ça pour tester

quels codes neuronaux peuvent déterminer certains comportements,

what neural codes can drive certain behaviors

certaines pensées et certaines impressions,

and certain thoughts and certain feelings

et les utiliser pour mieux comprendre le cerveau.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

JE: Est-ce que cela signifie qu'un jour vous pourrez enregistrer des souvenirs

and maybe upload them?

et peut-être les implanter?

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

EB: Eh bien, nous commençons à travailler très dur là-dessus.

Nous travaillons maintenant sur certains travaux

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

où nous essayons de paver le cerveau avec des éléments d'enregistrement aussi.

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

Ainsi, nous pouvons enregistrer des informations, puis les renvoyer dans le cerveau --

sort of computing what the brain needs

en quelque sorte calculer ce dont le cerveau a besoin

in order to augment its information processing.

afin d'augmenter son traitement de l'information.

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

JE: Eh bien, cela pourrait changer pas mal de choses. Merci. (EB: Merci.)

EB: Thank you.

(Applaudissements)

(Applause)