Ed Boyden: A light switch for neurons

Fordító: Zsolt Kertai Lektor: Laszlo Kereszturi

Gondolkodjon el egy másodperc erejéig a napjáról.

Think about your day for a second.

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

Felkelt, érzékelte a friss levegőt az arcán amint kisétált az ajtón,

encountered new colleagues and had great discussions

találkozott új kollegákkal akikkel majd egy jót beszélgetett,

és csodálat töltötte el az új dolgok iránt.

and felt in awe when you found something new.

De lefogadom van valami amiről nem gondolkodott el ma --

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

valami ami annyira alapvető,

something so close to home,

hogy talán ezért nem is gondolkodik el rajta nagyon gyakran.

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

És ez az összes érzék, érzés,

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

döntés és cselekedet,

amit a fejében lévő, agynak nevezett,

are mediated by the computer in your head

számítógép hozott.

called your brain.

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

Namármost, az agy talán nem néz ki fontosnak kívülről --

néhány deka rózsaszínes-szürke hús,

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

amorf anyag --

amorphous.

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

de az utolsó néhány száz év idegtana megengedi,

hogy közelebbről is szemügyre vegyük az agyat,

and to see the intricacy of what lies within.

és lássuk mi rejlik a bonyolultság mögött.

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

Azt mondták nekünk, hogy az agy

egy hihetetlenül komplikált rendszer

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

ami százmilliárdnyi sejtből áll, amiket neuronoknak hívunk.

Now, unlike a human-designed computer,

Namármost, nem úgy mint egy ember-tervezte számítógép,

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

ami kevés számú különböző alkatrészből áll --

amikről tudjuk hogyan müküdnek, mert mi terveztük őket --

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

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

az agy több ezer különböző fajta sejtből áll,

talán több tízezer fajtából.

maybe tens of thousands.

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

Mindegyik más alakú és különböző molekulákból állnak;

és közvetítenek, összekötnek más-más régiókat az agyban.

they project and connect to different brain regions.

Továbbá, változnak is a különböző kórképeknek megfelelően.

They also change in different ways in different disease states.

Szögezzünk le valamit.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Van egy osztálya a sejteknek,

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

egy meglehetősen kicsi sejt, egy gátló sejt, ami csendesíti a szomszédait.

Azon sejtek közül való, amelyek elsorvadnak például a skizofrénia esetében.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

Ezt hívják kosársejtnek.

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

Ez a sejt egy a több ezer féle sejt közül

amit tanulmányozunk most.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

Minden nap új és új fajtákat fedeznek fel.

Csak egy másik példa:

As just a second example:

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

a piramis sejtek, nagy sejtek,

amelyek képesek átfogni egy jelentős részét az agynak.

of the brain.

Ők serkentő idegsejtek.

They're excitatory.

Ezek közül valóak azok is

And these are some of the cells that might be overactive

melyek talán túlreagálnak olyan rendellenességekben mint az epilepszia.

in disorders such as epilepsy.

Minden egyes ilyen sejt

Every one of these cells is an incredible electrical device.

egy hihetetlen elektromos eszköz.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Fogadnak egy beérkező jelet a sok ezer partnertől

és kiszámolják a saját elektromos kibocsátásukat,

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

amely aztán, ha elér egy bizonyos küszöböt,

továbbhalad a többezer befogadó partner felé.

will go to thousands of downstream partners.

Ez a folyamat, ami a másodperc ezred részéig tart,

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

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

megtörténik több ezerszer percenként

mindegyikében a száz milliárd idegsejtből,

as long as you live and think and feel.

amíg csak él

és gondolkodik és érez.

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

Szóval hogyan is találhatnánk ki, hogy mit csinál ez az áramkör?

Ideálisan, mehetnénk akár ezen az áramkörön belül is

Ideally, we could go through this circuit

és ki-be kapcsolhatnánk a különböző sejteket

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

majd meglátnánk, hogy képesek vagyunk e rájönni

which ones contribute to certain functions

melyek működnek közre a bizonyos funkcióknál

and which ones go wrong in certain pathologies.

és melyek működnek hibásan bizonyos patológiás eseteknél.

Ha képesek lennénk aktiválni ezeket a sejteket, megláthatnánk milyen energiákat szabályoznak,

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

és mit képesek elindítani vagy fenntartani.

what they can initiate and sustain.

Ha le tudnánk őket kapcsolni,

If we could turn them off,

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

akkor rájöhetnénk, hogy mihez is kellenek pontosan.

És ez az a történet amit most el fogok mondani önöknek ma.

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

Őszintén, ahova jutottunk az elmúlt 11 évben,

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

a próbálkozásokon, hogy megtaláljuk az utat ahhoz,

through an attempt to find ways

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

hogy képesek legyünk az áramköröket és sejteket és az agyban lévő pályákat

be- és kikapcsolni,

on and off,

azért is, hogy megértsük tudományos szempontból,

both to understand the science

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

és azért is, hogy küzdhessünk néhány problémával

amivel minden ember szembe kell hogy nézzen.

Now, before I tell you about the technology,

Most pedig, mielőtt elmondanám a technológiáját,

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

a rossz hírem az, hogy egy számottevő hányada az itt jelenlévőknek,

ha elég hosszú ideig fogunk élni,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

fogunk talán találkozni egy agyi rendelleneséggel.

Már most egy milliárd embernek

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

volt valamilyen fajta ilyen rendellenesége

ami munkaképtelenné tette őket.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

A számok nem is igazolják őket.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

A rendelleneségek -- skizofrénia, Alzheimer kór,

depresszió, függőség --

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

nem csak az időnket rabolják ez az élettől, de megváltoztatnak minket;

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

elveszik az identitásunkat és megváltoztatják az érzelmeinket --

and change who we are as people.

majd megváltoztatnak minket mint embereket.

Now, in the 20th century,

Nos, a 20-ik században

volt némi remény az agyi problémák kezelésére

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

a gyógyszeripar fejlődése miatt,

és mivel sok orvosságot fejlesztettek ki

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

ami enyhítheti a problémák tüneteit,

alapvetően egyik sem mondható gyógyulásnak.

practically none of them can be considered to be cured.

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

És ez részben azért van mert kemikáliával árasztjuk el az agyat.

we're bathing the brain in a chemical --

Ez egy bonyolult áramkör

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

ami sok ezer különböző sejtből épül fel

és egy kémiai anyagban fürdetik.

is being bathed in a substance.

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

Éppen ezért talán a legtöbb gyógyszer, de persze nem az összes, a piacon

okoz valamilyen komoly mellék hatást.

can present some kind of serious side effect too.

Néhány ember vigasztalódást nyert

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

az agyba beültetett elektromos stimulátoroktól.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

A Parkinzon kórnál,

cochlea-implantátumoknál,

These have indeed been able to bring some kind of remedy

ezek csakugyan képesek voltak

némi orvoslást nyújtani az embereknek

to people with certain kinds of disorders.

bizonyos fajta rendelleneségek esetében.

But electricity also will go in all directions --

Az elektromoság is halad minden irányban --

the path of least resistance --

a legkisebb ellenállás irányába,

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

amiből az a mondás, legalábbis részben, jön.

and will also affect normal circuits,

Ez hatással lesz a normális áramkörökre is, és a nem normálisakra, amiket mi szeretnénk helyrehozni.

as well as the abnormal ones you want to fix.

Szóval mégegyszer, vissza kerültünk az alapötlethez

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

ami egy ultra-precíz kontrol.

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

Képesek lennénk az információt pontosan oda irányítani ahova akarjuk ?

Amikor én 11 évvel ezelőtt elkezdtem foglalkozni idegtudománnyal,

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

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

én egy képzett elektromérnök és fizikus voltam,

the first thing I thought about was,

és az első dolog amit gondoltam az az volt,

if these neurons are electrical devices,

hogy ha ezek az idegsejtek elektromos eszközök,

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

akkor csupán meg kell találnunk a módját annak,

hogy messzebbre eljuttassuk azokat az elektromos változásokat.

at a distance.

Ha az elektromosságot be tudnánk kapcsolni egy sejtben,

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

a szomszédos sejteket kihagyva,

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

akkor lenne egy szerszámunk amivel be- és kikapcsolhatnánk ezeket a különböző sejteket,

kitalálva mit is csinálnak pontosan és hogy működnek közre

to figure out what they do

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

a hálózatban amiben helyet foglalnak.

Továbbá lenne egy ultra-precíz vezérlésünk ahhoz,

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

hogy helyrehozzunk a számításokat amelyek

to fix the circuit computations that have gone awry.

valahogy félresiklottak.

Now, how are we going to do that?

Namost, hogyan is csináljuk mindezt?

Well, there are many molecules that exist in nature

Hát van egy csomó a természetben létező molekula,

amely át tudja a fényt változtatni elektromossággá.

which are able to convert light into electricity.

Úgy is gondolhatunk rájuk mint kis fehérjékre

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

amik olyanok mint a napelemek.

If we install these molecules in neurons somehow,

Ha installálni tudnánk ezeket a molekulákat az idegsejtekbe valahogy,

then these neurons would become electrically drivable with light,

akkor ezek az idegsejtek fénnyel is stimulálhatók lennének.

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

A molekula nélküli szomszédok pedig nem.

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

És van itt egy másik trükk is amit végre kell hajtanunk,

és az lenne a fénynek az agyba juttatása.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

Mivel az agy nem érez fájdalmat, ezért használhatunk --

Taking advantage of all the effort

kihasználva mindazt az erőfeszitést

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

ami az internetbe és a kommunikációba ment --

you can put optical fibers connected to lasers

lézerhez csatlakoztatott optikai szálakat,

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

amit az idegsejtek aktiválásra használnánk,

mint az állatokkal végzett előklinikai kísérletekben,

these neurons and see what they do.

hogy meglássuk mit is csinálnak az idegsejtek.

Hogyan is menne ez végbe?

So how do we do this?

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

2004 körül,

Gerhard Nagel és Karl Deisseroth közös munkájának köszönhetően,

this vision came to fruition.

ez az elképzelés kezdett valóra válni.

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

Létezik egy fajta alga ami szabadon úszik,

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

és a fény felé kell navigálnia,

hogy optimálissá tegye a fotoszintézisét.

And it senses light with a little eyespot,

A fényt egy kis szemecskével érzékeli,

which works not unlike how our eye works.

amely nem úgy működik mint a mi szemünk.

In its membrane, or its boundary,

A membránjában vagy a külső felületén,

it contains little proteins

egy kevés proteint tartalmaz

mely valóban képes fényt elektromossággá konvertálni.

that indeed can convert light into electricity.

Ezeket a bizonyos molekulákat csatorna-rodopszinnak nevezik.

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

Az összes ilyen protein úgy viselkedik mint egy napelem amiről az előbb beszéltem.

that I told you about.

Amikor kék fény esik rá, akkor kinyit egy kis lyukat

When blue light hits it,

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

mely beengedi a töltött részecskéket a szemecskébe,

majd ettől lesz ennek a szemecskének egy elektronikus jele,

that allows this eyespot to have an electrical signal,

pontosan úgy mintha egy napelem töltene fel egy elemet.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

Ezért annyit kell tennünk, hogy ezeket a molekulákat

az idegsejtekbe installáljuk.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

És mivel egy fehérjéről beszélünk,

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

ennek az organizmusnak a DNS-be van bekódolva.

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

Ezért annyit kell csupán tennünk, hogy vesszük azt a DNS-t,

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

és belehelyezzük egy génterápiás virális vektorba,

and put it into neurons.

és az idegsejtbe juttatjuk.

And this was a very productive time in gene therapy,

Amint kiderült, ez egy nagyon produktív időszak volt a génterápiában,

and lots of viruses were coming along,

és sok vírust fejlesztettek ki .

so this turned out to be fairly simple.

Tehát ezt nagyon egyszerűen végre lehetett hajtani.

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

2004 nyarának egyik napján, kora reggel,

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

megpróbáltuk, és működött elsőre.

Vesszük ezt a DNS-t és belehelyezzük az idegsejtbe.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

Az idegsejt használja saját fehérje előállító mechanizmusát,

to fabricate these little light-sensitive proteins

hogy létrehozza ezeket a kis fényérzékeny fehérjéket

és installálja őket mindenfelé a sejtben,

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

mint ahogy napelem-paneleket szerelünk a tetőre.

And the next thing you know,

A következő lépést már tudják,

you have a neuron which can be activated with light.

kapunk egy idegsejtet ami fénnyel aktiválható.

Ez egy hatalmas dolog.

So this is very powerful.

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

Egy szükséges trükk: ki kell találnunk,

hogy milyen módon szállíthatjuk ezeket a géneket a kívánt sejtekhez,

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

nem pedig a többi szomszédhoz.

Ezt meg lehet tenni: betudjuk állítani ezeket a vírusokat úgy,

And you can do that;

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

hogy csak egyes sejteket támadjanak meg, ne másokat.

És van egy másik genetikai trükk amivel játszhatunk

And there's other genetic tricks you can play

azért hogy ilyen fényérzékeny sejteket kapjunk.

in order to get light-activated cells.

Ezt a területet most úgy ismerik, hogy optogenetika.

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

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

És csak egy példa arra, hogy mit lehet elérni,

mondjuk vesszük az egész bonyolult hálózatot,

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

használunk egy ilyen vírust ami elszállítja a gént

csak az egyik fajta sejthez ebben a sűrű hálóban.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

Majd amikor megvilágítjuk az egész hálózatot,

just that cell type will be activated.

csak az a bizonyos típusú sejt aktiválódik.

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

Például, vegyük a kosár sejtet amiről már korábban beszéltünk --

az amelyik elsorvad a skizofrénia esetében

the one that's atrophied in schizophrenia

és ugyebár ez egy gátló fajta.

and the one that is inhibitory.

Ha eljuttatnánk ezeket a géneket ezekhez a sejtekhez --

If we can deliver that gene to these cells --

és nem fognak módosulni a gének hatására, természetesen --

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

majd kék fényt bocsájtunk az egész hálózatra,

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

akkor csak ezek a sejtek fognak működésbe lépni.

Majd mikor a fény kialszik, a sejtek újra normálisan működnek,

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

szóval nem tűnik úgy mintha idegenkednének.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

Ez a módszer nem csak a sejtek működésének tanulmányozására használható,

what their power is in computing in the brain,

vagyis mi a szerepük az agyműködésben,

de arra is használható a módszer, hogy kitaláljuk --

you can also use this to try to figure out

sőt talán helyre is hozhatjuk ezen sejtek aktivitását,

if we could jazz up the activity of these cells

ha valóban elsorvadtak.

if indeed, they're atrophied.

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

Szeretnék elmondani egy pár rövid történetet

arról, hogy miként használjuk ezt,

both at the scientific clinical and preclinical levels.

mind a tudományos, a klinikai és a elő-klinikai szinten.

One of the questions that we've confronted is:

Egy kérdés amivel szembe kellett néznünk:

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

milyen jelek segítik elő a jutalom érzését az agyban?

Because if you could find those,

Mert ha mi megtaláljuk azokat,

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

akkor azok lennének a jelek amelyek a tanuláshoz vezetnek.

Az agy többet is csinál abból amiért jutalmat kap.

the brain will do more of what got that reward.

Ezek azok a jelek amelyek félre mennek bizonyos esetekben, mint például a függőség.

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

Szóval ha rájönnénk melyek ezek a sejtek,

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

akkor talán új célokat találhatnánk

amikhez gyógyszereket fejlesztenénk ki,

for which drugs can be designed or screened against

vagy talán helyeket ahová elektródák helyezhetők

or maybe places where electrodes could be put in

azon emberek számára akik súlyos rendellenességekkel küzdenek.

for people who have severe disability.

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

Ehhez egy nagyon egyszerű paradigmával álltunk elő

együttműködésben a Fiorella csoporttal,

in collaboration with the Fiorillo group,

ahol egy kis doboz egyik oldalán,

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

ha az állat arra megy, egy fény villanás éri

it gets a pulse of light.

azért, hogy különböző sejteket fényérzékennyé tegyen az agyban.

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

Ha ezek a sejtek elősegítik a jutalmat,

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

az állat egyre többször fog arra menni.

És pontosan ez történik.

And that's what happens.

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

Az állat megy a jobb oldalra és az orrával bökdösi azt,

és akkor kap egy adag kék fényt minden egyes alkalommal.

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

Majd ő ezt ismételgeti több százszor.

He'll do that hundreds of times.

Ezek a dopamin neuronjai,

These are the dopamine neurons,

amelyekről talán hallottak már, az agy örömkeltő központjaiban vannak.

in some of the pleasure centers in the brain.

Megmutattuk, hogy ezeknek egy rövid aktiválása

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

elég, hogy segítse a tanulást.

Általánosíthatjuk az ötletet.

Now we can generalize the idea.

Az agy egy bizonyos pontja helyett,

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

tervezhetünk eszközöket melyek átfogják az agyat,

és képesek három dimenzióban fényt közvetíteni --

that can deliver light into three-dimensional patterns --

a tömbbe rendezett optikai szálak,

arrays of optical fibers,

mindegyik a saját miniatűr fényforrásával.

each coupled to its own independent miniature light source.

Megpróbálhatunk olyan dolgokat élőben

Then we can try to do things in vivo

amiket eddig csakis csészében tudtunk --

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

mint egy mélyreható átvilágitása az egész agynak,

olyan jelek után amik bizonyos dolgokat okoznak.

for the signals that can cause certain things to happen

Vagy lehetnének jó klinikai célpontok is

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

az agyi rendellenességek kezelésénél.

Egy történet amit szeretnék elmondani arról,

One story I want to tell you about is:

hogy hogyan találhatnánk meg a módját a poszttraumatikus stressz szindróma kezelésének --

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

ami egy nem kontrollált idegesség és félelem forma.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

És egy dolog amit megtettünk az az volt,

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

hogy egy nagyon klasszikus félelem-modelt használtunk.

This goes back to the Pavlovian days.

Ez visszanyúlik a Pavlovi időkbe.

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

Úgy hívják, hogy Pavlovi félelem kondicionálás --

ahol a hangot egy rövid elektrosokk követ.

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

Az elektrosokk nem fájdalmas, inkább csak idegesítő.

Majd később -- ebben az esetben az egér,

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

amely nagyon jó állat-modell, gyakran használt ilyen kísérletekben --

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

az állat megtanul félni a hangtól.

the animal learns to fear the tone.

Az állat megdermed a hangtól,

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

ahogy a szarvas a fényszórótól.

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

A kérdés az, hogy miféle célpontot találhatunk az agyban

that allow us to overcome this fear?

ami segít leküzdeni ezt a félelmet?

Tehát lejátszuk azt a hangot megint

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

miután az asszociálódott a félelemmel.

Ugyanakkor aktiváljuk a különféle célterületeket az agyban,

But we activate different targets in the brain,

használva a tömbbe rendezett optikai szálakat,

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

azért, hogy megtudjuk melyik célterület

in order to try and figure out

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

okozhatja az agyban a félelem emlékének legyőzését.

Ez a rövid videó megmutatja

This brief video shows you one of these targets

az egyik ilyen célterületet amin éppen dolgozunk.

that we're working on now.

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

Ez a terület a prefrontális agykéregben van,

ahol az ismeretet használva próbáljuk legyőzni az ellenséges érzelmi állapotokat.

to try to overcome aversive emotional states.

Az állat hallani fogja a hangot -- majd ott felvillant a fény.

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

Itt most nem lesz hang, de láthatják, hogy az állat megdermed.

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

Ez a hang rosszat szokott jelenteni.

the tone used to mean bad news.

És van egy kicsi óra az bal alsó sarokban,

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

és láthatják, hogy az állat két perce van így.

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

Most pedig itt van a következő klipp,

This next clip is just eight minutes later.

csak nyolc perccel később.

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

Ugyanaz a hang fog szólni most is, és a fény is fel fog villanni.

Rendben, most indul. Éppen most.

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

És láthatják is, csak tíz perce megy a kísérlet,

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

ahol a fénnyel való aktiválás folyik az agynak eme területén,

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

hogy legyőzzük a a félelem

to overcome the expression of this fear memory.

emlékének kifejeződését.

Az elmúlt néhány évben visszatértünk az élet fájához,

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

mert kerestünk módokat az agyi áramkörök kikapcsolására.

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

Ha ezt meg tudnánk tenni, akkor ez hatalmas dolog lenne.

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

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

Ha tudnánk sejteket kikapcsolni , akár néhány ezredmásodpercre vagy másodpercre,

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

akkor rájöhetnénk, hogy milyen szerepet játszanak

az áramkörökben, ahova be vannak épülve.

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

És most már felmértük az organizmusokat az egész életfáról --

és az élet minden területét egy kicsit másként látjuk, kivéve az állatokét.

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

És találtunk mindenféle molekulát, halorhodopsinokat vagy archaerhodopsinokat,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

amik a zöld és sárga fényre reagálnak.

that respond to green and yellow light.

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

Pontosan az ellenkezőjét csinálják mint az előbb említett molekula,

a kék fény aktiválására képes csatorna-rodopszin.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

Nézzünk meg egy példát arra, hogy ez az egész merre tarthat.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Vegyünk például egy állapotot mint az epilepszia,

where the brain is overactive.

amikor az agy túlzottan tevékeny.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Ha a gyógyszer nem hat az epilepszia kezelése során,

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

egy stratégia lehet az agy egy részének eltávolítása.

Ez természetesen egy visszafordíthatatlan folyamat, és lehetnek mellékhatásai.

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

Mi lenne, ha ki tudnánk kapcsolni az agy azon részét egy rövid időre,

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

amíg a roham meg nem szűnik,

until the seizure dies away,

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

és az agy vissza állítódna az eredeti állapotába --

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

mint egyfajta dinamikus rendszer ami visszakerülne a stabil állapotába.

Ez az animáció megpróbálja elmagyarázni ezt a koncepciót,

This animation tries to explain this concept

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

amiben ezeket a sejteket fényérzékennyé tettük,

majd fényt irányítottunk rá,

and we beam light in,

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

csak arra az időre amíg a roham megszűnik,

reméljük, hogy ki tudnánk kapcsolni őket.

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

Sajnos nincsen adatunk amit itt most meg tudnánk mutatni,

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

de már nagyon izgatottak vagyunk ez ügyben.

but we're very excited about this.

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

Most szeretném lezárni az egyik történetet,

ami szerintünk egy másik lehetőség --

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

ahol ezek a molekulák, ha képesek vagyunk az ultra-precíz kontrollra,

használhatóak lennének magában az agyban,

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

mint egy új fajta protézis, egy optikai protézis.

an optical prosthetic.

Már mondtam, hogy az elektromos stimulálás egyáltalán nem ritka.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

75,000 Parkinson kóros embernek van mélyagyi stimulátor beultetve.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

Talán 100,000 embernek van Cochlear implantátuma,

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

ami lehetővé teszi, hogy halljanak.

És van egy másik haszna annak, hogy ezeket a géneket bejuttatjuk a sejtekbe.

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

És kifejlődött egy új remény a gén terápiában

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

mert olyan vírusokat mint például az adeno-asszociált vírus --

ami talán többségünknek megvan itt a teremben,

which probably most of us around this room have;

és nincs semmi tünete --

it doesn't have any symptoms --

több száz páciensnél használtak már,

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

hogy géneket jutassanak az agyba vagy a testbe.

And so far, there have not been serious adverse events

Ezidáig, nem volt semmilyen súlyos ellenhatás

ezzel a vírussal kapcsolatosan.

associated with the virus.

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

Van egy utolsó nyilvánvaló igazság: maguk a fehérjék,

which come from algae, bacteria and funguses

amik algákból és baktériumokból és gombákból származnak,

and all over the tree of life.

meg mindenhonnan az életfáról.

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

A többségünknek nincs gomba vagy alga az agyában,

vajon mit fog csinálni az agyunk ha ilyeneket teszünk bele?

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

Fogják-e a sejtek tolerálni? Fog-e az immunrendszer reagálni?

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

A kezdeti szakaszban -- ez még nem lett végrehajtva embereken --

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

de különböző tanulmányokon dolgozunk,

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

hogy megvizsgálhassuk ezt.

Mostanáig nem láttunk semmi komolyabb nyilvánvaló reakciót

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

ezen molekulák ellen

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

vagy az agy megvilágítása ellen.

Még korai, hogy végleges véleményt mondjunk, de nagyon izgatottak vagyunk miatta.

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

Egy történettel akartam befejezni,

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

ami szerintünk lehetne egy

klinikai jellegű felhasználás.

Now, there are many forms of blindness

Sokféle vakság létezik

ahol a fényérzékelők

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

amik a szemünkben vannak hátul, elhalnak.

are gone.

And the retina is a complex structure.

És a retina, természetesen, egy bonyolult struktúra.

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

Most közelítsünk rá, hogy részletesebben is lássuk.

A fényérzékelő sejtek itt vannak felül,

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

majd a fényérzékelők által észlelt jeleket

változatos számításokkal átváltoztatják,

via various computations

amíg végül az az alsó sejtréteg, a ganglion sejtek,

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

közvetítik az információt az agynak,

relay the information to the brain,

ahol mi érzékeljuk azt.

where we see that as perception.

Sokféle vakság esetében, mint például a retinitis pigmentosa,

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

vagy a sárgafolt elfajulás,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

a fényérzékelő sejtek sorvadnak vagy pusztulnak el.

Now, how could you repair this?

Hogyan lehetne megjavítani ezeket?

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

Még az sem világos hogy egy gyógyszer képes lenne-e helyrehozni,

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

mert nincs semmi amihez a gyógyszer kötődni tudna.

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

Másrészről, a fény még képes bejutni a szembe.

A szem még mindig átlátszó és így a fény behatolhat.

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

Mi történne, ha fognánk ezeket a csatorna-rodopszinokat és más molekulákat

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

és elhelyeznénk őket ezekbe a megmaradt sejtekbe

and install them on some of these other spared cells

és átalakítanánk őket kicsi fényképezőgépekké.

and convert them into little cameras?

És mert olyan sok van belőlük a szemben,

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

elvileg alkothatnának akár egy magas felbontású fényképezőgépet.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

Szóval ilyenfajta dolgokon munkálkodunk.

This is some work that we're doing,

Egy munkatársunk vezeti mindezt,

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

Alan Horsager az USC-nél,

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

és kereskedelmi forgalomba hozná majd egy induló cég, az Eos Neuroscience,

amit a NIH támogat.

which is funded by the NIH.

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

Itt egy egér megpróbál megoldani egy labirintus-problémát.

Ez egy hat ágú labirintus. És van egy kis víz is ebben a labirintusban,

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

hogy az egeret motíválja valami, különben csak ülne ott.

A célja ennek a labirintusnak, természetesen,

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

az hogy kikerüljön a vízből a szárazra,

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

ami a fény alatti rész.

Nos, az egerek okosak, ezért ő megoldja a labirintust végül,

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

but he does a brute-force search.

de végig próbálva az összes lehetőséget.

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

Leúszik mindegyik ágon amíg meg nem találja a száraz alapzatot.

He's not using vision to do it.

Szóval nem használja a látását ehhez.

These different mice are different mutations

Ezek a különböző egerek különböző mutációk,

amik különböző fajta, az embereket is érintő, vakságtól szenvednek.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

Tehát óvatosak próbálunk lenni amikor nézegetjük ezeket a különböző modelleket,

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

és végül találtunk egy általános megközelítést.

so we come up with a generalized approach.

Hogyan is fogjuk megoldani ezt?

So how can we solve this?

Pontosan azt csináljuk amit vázoltunk az előző képen.

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

Fogjuk ezeket a kék fény érzékelőket

We'll take these blue light photo sensors

és telepítjük őket egy sejtrétegbe

and install them onto a layer of cells

a retina középen, a szem belsejében

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

and convert them into a camera --

és fényképezőgéppé változtatjuk őket.

just like installing solar cells all over those neurons

Pont úgy mintha napelemeket telepítenénk mindenfele az idegsejtekben,

hogy fényérzékenyekké váljanak.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

A fény elektromossággá alakul bennük.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Szóval ez az egér vak volt néhány héttel a kísérlet előtt

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

és kapott egy dózis fényérzékeny molekulákat tartalmazó vírust.

És most már látható, hogy az állat képes elkerülni a falakat

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

és megy egyenesen a száraz területre

and go to this little platform

és kognitiv módon használja újra a szemét.

and make cognitive use of its eyes again.

És a módszer ereje abban van,

And to point out the power of this:

hogy ezek az állatok képesek a platformra jutni

these animals can get to that platform

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

éppoly gyorsan mint az állatok akik egész életükben láttak.

Szerintem ezek az elő-klinikai tanulmány

So this preclinical study, I think, bodes hope

reményt jósolhat azoknak a dolgoknak

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

amiket remélünk, hogy végre tudunk hajtani a jövőben.

Végül, szeretném kiemelni, hogy szintén próbálunk találni

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

új üzleti modelleket ehhez az új neurotechnológiai területhez.

Fejlesztjük ezeket a módszereket,

We're developing tools and sharing them freely

de megosztjuk őket szabadon több száz csapattal mindenfelé a világon,

with hundreds of groups all over the world

így az emberek kipróbálhatják a különböző gyógymódokat a rendelleneségekre.

for them to study and try to treat different disorders.

Reményünk az, hogy megértvén az agyunkban lévő áramköröket

Our hope is that by figuring out brain circuits

egy elvont szinten ami lehetővé teszi számunkra, hogy megjavítsuk és tervezzük őket,

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

és vehetjük ezeket a konok betegségeket amikről beszéltünk már korábban,

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

melyek gyakorlatilag gyógyíthatatlanok,

practically none of which are cured,

és a 21-ik században múlttá tegyük őket.

and in the 21st century, make them history.

Köszönöm.

Thank you.

(Applause)

(Taps)

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

Juan Enriquesz: Szóval néhány dolog elég sűrű volt.

(Laughter)

(Nevetés)

De a jelentősége

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

a képességnek, hogy a szélütés vagy az epilepszia kontrollálható lenne

with light instead of drugs

gyógyszerek helyett fény által,

and being able to target those specifically

és képessé válni arra, hogy ezeket specifikusan megcélozhassuk,

is a first step.

az egy első lépés.

The second thing that I think I heard you say

A második dolog amit gondolom mondtál,

is you can now control the brain in two colors,

hogy az agy kontrolálható két fény által,

mint egy ki/be kapcsoló.

like an on-off switch.

Ed Boyden: Így van.

Ed Boyden: That's right.

JE: Ami minden minden agyi impulzust bináris kóddá tesz.

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

EB: Pontosan.

EB: Right.

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

Szóval a kék fénnyel, információt vezetünk, ami az egyes formája.

A kikapcsolásával pedig többé-kevésbé zéró.

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

Reményünk szerint végül is építenénk egy kisegítő agy-processzort

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

ami az aggyal együtt dolgozna,

szóval így tudnánk fokozni a funkciókat a rokkantakban.

so we can augment functions in people with disabilities.

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

JE: És elméletben ez azt jelenti,

hogy amit egy egér érez, szagol,

hall, tapogat,

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

lemodellezhetjük mint egyesek és zérók sorozata.

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

EB: Úgy van. Reméljük, hogy ezt használva kiderítjük

melyik idegi kódok vezérelnek bizonyos viselkedéseket

what neural codes can drive certain behaviors

és bizonyos gondolatokat és bizonyos érzéseket,

and certain thoughts and certain feelings

és ezt arra használni hogy jobban megértsük az agy müködését.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

JE: Ez jelentheti-e vajon azt, hogy egy nap le tudnánk tölteni az emlékeket

and maybe upload them?

és talán feltölteni is?

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

EB: Hát ezen nagyon keményen kezdtünk el dolgozni.

Most éppen dolgozunk valamin

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

ahol megpróbáljuk beburkolni az agyat felvevő egységekkel is.

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

Így rögzíthetjük az információt majd vissza közvetítenénk azt --

sort of computing what the brain needs

mintegy kiszámolva mire van szüksége az agynak,

in order to augment its information processing.

azért, hogy javítsuk az információ feldolgozó képességét.

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

JE: Hát, ez lehet hogy néhány dolgot meg fog változtatni. Köszönöm. (EB: Köszönöm.)

EB: Thank you.

(Taps)

(Applause)