Ed Boyden: A light switch for neurons

Translator: Abdi Christia Reviewer: Antonius Yudi Sendjaja

Berpikirlah sejenak tentang hari-hari Anda.

Think about your day for a second.

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

Anda bangun, merasakan udara segar di wajah Anda ketika keluar rumah,

encountered new colleagues and had great discussions

bertemu dengan teman baru dan berdiskusi dengan asyik,

dan merasa kagum ketika menemukan hal baru.

and felt in awe when you found something new.

Tapi saya bertaruh ada hal yang tidak Anda pikirkan --

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

sesuatu yang sangat dekat

something so close to home,

yang kemungkinan jarang sekali Anda pikirkan.

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

Itu adalah semua sensasi, perasaan,

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

keputusan dan tindakan

yang diolah oleh komputer di dalam kepala Anda

are mediated by the computer in your head

yang bernama otak.

called your brain.

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

Otak mungkin tidak terlihat menarik dari luar --

beberapa pon jaringan kelabu kemerahmudaan,

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

bentuknya tak teratur --

amorphous.

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

tapi perkembangan ilmu syaraf dalam 100 tahun terakhir

membuat kita mampu melihat ke dalam otak,

and to see the intricacy of what lies within.

dan melihat kerumitan yang ada di dalamnya.

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

Mereka memberi tahu kita bahwa otak

adalah sirkuit yang sangat rumit

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

terdiri dari ratusan milyar sel bernama neuron.

Now, unlike a human-designed computer,

Tidak seperti komputer buatan manusia,

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

di mana hanya terdapat sedikit bagian yang berbeda --

kita tahu bagaimana cara kerjanya, karena kita yang merancangnya --

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

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

otak terdiri dari ribuan jenis sel yang berbeda,

mungkin puluhan ribu.

maybe tens of thousands.

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

Mereka punya bentuk yang berbeda; tersusun dari molekul yang berbeda;

dan mereka menyambung dan menghubungkan daerah otak yang berbeda.

they project and connect to different brain regions.

Mereka juga berubah dalam berbagai tingkatan penyakit.

They also change in different ways in different disease states.

Mari kita buat lebih jelas.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Ini adalah satu kelas sel,

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

sel yang cukup kecil, sel penghambat, yang membuat diam sel tetangganya.

Ini adalah sel yang sepertinya mengecil dalam kasus seperti skizofrenia.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

Sebutannya adalah sel keranjang.

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

Sel ini satu dari ribuan jenis sel

yang sedang kita pelajari.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

Jenis sel yang baru ditemukan setiap hari.

Inilah contoh kedua:

As just a second example:

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

sel-sel berbentuk piramida, sel berukuran besar,

mereka menyusun fraksi yang signifikan di otak.

of the brain.

Mereka adalah sel-sel eksitator.

They're excitatory.

Mereka adalah jenis sel

And these are some of the cells that might be overactive

yang mungkin overaktif dalam kelainan seperti epilepsi.

in disorders such as epilepsy.

Setiap sel ini adalah

Every one of these cells is an incredible electrical device.

peralatan listrik yang mengagumkan.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Mereka menerima masukan dari ribuan rekan di hulu,

dan mengolah keluaran listriknya sendiri,

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

yang kemudian, bila melewati ambang batas tertentu,

akan berlanjut ke ribuan rekan di hilir.

will go to thousands of downstream partners.

Proses ini, yang membutuhkan sekitar 1 milidetik,

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

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

terjadi ribuan kali dalam satu menit

dalam setiap sel dari 100 milyar sel Anda,

as long as you live and think and feel.

selama Anda hidup

dan berpikir dan merasakan.

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

Jadi bagaimana kita tahu apa peran sirkuit ini?

Idealnya, kita dapat mengatur sirkuit ini

Ideally, we could go through this circuit

dan mematikan atau mengaktifkan sel-sel yang berbeda itu

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

dan melihat apakah kita dapat menemukan

which ones contribute to certain functions

yang mana yang berperan dalam fungsi tertentu

and which ones go wrong in certain pathologies.

dan yang mana yang berubah menjadi buruk dalam patologi tertentu.

Bila kita dapat mengaktifkan sel, kita dapat melihat kekuatan yang mereka punya.

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

apa yang dapat mereka awali dan pertahankan.

what they can initiate and sustain.

Bila kita dapat mematikan mereka,

If we could turn them off,

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

maka kita dapat mencoba menemukan apa fungsi mereka.

Itulah kisah yang ingin saya ceritakan pada Anda hari ini.

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

Sejujurnya, apa yang sudah kami lalui selama 11 tahun terakhir,

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

melalui usaha untuk menemukan cara

through an attempt to find ways

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

untuk mengaktifkan atau mematikan sirkuit, sel, bagian,

dan jalur di otak.

on and off,

baik untuk mengerti ilmu di baliknya,

both to understand the science

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

dan juga untuk menghadapi beberapa permasalahan

yang kita hadapi bersama sebagai manusia.

Now, before I tell you about the technology,

Sebelum saya memberi tahu Anda tentang teknologinya,

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

kabar buruknya adalah sebagian besar dari kita di ruangan ini,

bila kita hidup cukup lama,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

mungkin akan menghadapi kelainan otak.

Saat ini sudah ada satu milyar orang

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

mengalami kelainan otak

yang menurunkan kemampuan mereka.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

Angka saja belum cukup adil untuk menunjukkan kenyataannya

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Kelainan ini -- skizofrenia, Alzheimer,

depresi, kecanduan --

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

tidak hanya mencuri waktu hidup kita, mereka mengubah siapa kita;

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

mereka mengambil identitas kita dan mengubah emosi kita --

and change who we are as people.

dan mengubah kita sebagai manusia.

Now, in the 20th century,

Sekarang di abad ke-20 ini,

ada beberapa harapan yang dihasilkan

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

melalui perkembangan farmasetika untuk menangani kelainan otak.

Sementara banyak obat yang telah dikembangkan

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

dapat mengurangi gejala kelainan-kelainan otak,

secara praktis tidak ada yang dapat disebut menyembuhkan.

practically none of them can be considered to be cured.

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

Sebagian alasannya adalah karena kita merendam otak dalam bahan kimia.

we're bathing the brain in a chemical --

Sirkuit rumit itu

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

terdiri dari ribuan jenis sel yang berbeda

direndam dalam sebuah bahan tertentu.

is being bathed in a substance.

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

Itu juga alasan sebagian besar obat yang ada di pasar, meski tidak semuanya,

dapat menimbulkan efek samping yang serius juga.

can present some kind of serious side effect too.

Sekarang beberapa orang mendapatkan ketenangan

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

dari stimulator listrik yang ditanam di dalam otak.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

Untuk penyakit Parkinson,

implan Cochlear (telinga),

These have indeed been able to bring some kind of remedy

memang perlakuan itu sudah

membawa semacam penyembuhan

to people with certain kinds of disorders.

bagi orang yang mengalami kelainan tertentu.

But electricity also will go in all directions --

Tapi listrik juga mengalir ke segala arah --

the path of least resistance --

lewat jalur yang hambatannya paling kecil,

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

itulah mengapa disebut demikian.

and will also affect normal circuits,

Itu dapat mempengaruhi baik sirkuit normal maupun abnormal yang ingin Anda perbaiki.

as well as the abnormal ones you want to fix.

Jadi sekali lagi, kami kembali pada ide

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

untuk sebuah pengendalian dengan ketepatan ultra.

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

Dapatkah kita memasukkan informasi untuk pergi ke suatu tempat dengan akurat?

Ketika saya mulai bekerja pada ilmu syaraf 11 tahun lalu,

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

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

saya terlatih sebagai seorang insinyur kelistrikan dan fisikawan,

the first thing I thought about was,

hal pertama yang saya pikirkan adalah,

if these neurons are electrical devices,

bila neuron-neuron ini adalah peralatan listrik,

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

yang perlu kita lakukan adalah menemukan cara

mengendalikan perubahan listrik itu dari jarak jauh.

at a distance.

Bila kita dapat menyalakan listrik di satu sel,

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

tapi tidak di tetangganya,

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

itu akan memampukan kita mengaktifkan dan mematikan sel-sel yang berbeda,

menemukan apa yang mereka kerjakan dan bagaimana perannya

to figure out what they do

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

terhadap jaringan tempat mereka berada.

Itu juga akan memungkinkan kita memiliki kendali dengan ketepatan ultra

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

yang kita perlukan untuk memperbaiki sirkuit

to fix the circuit computations that have gone awry.

yang sudah rusak.

Now, how are we going to do that?

Sekarang bagaimana cara kita melakukannya?

Well, there are many molecules that exist in nature

Ada banyak molekul yang terdapat di alam,

yang dapat mengubah cahaya menjadi listrik.

which are able to convert light into electricity.

Anda dapat membayangkan mereka sebagai protein kecil

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

yang mirip seperti sel surya.

If we install these molecules in neurons somehow,

Bila kita entah bagaimana dapat memasang molekul ini dalam neuron,

then these neurons would become electrically drivable with light,

maka neuron itu dapat dikendalikan secara elektrik dengan cahaya.

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

Tetangga mereka, yang tidak punya molekul itu, tidak akan bisa.

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

Ada satu trik ajaib lain yang Anda butuhkan untuk melakukan ini,

yaitu cara memasukkan cahaya ke dalam otak.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

Untuk melakukannya -- otak tidak merasakan sakit -- Anda dapat meletakkan --

Taking advantage of all the effort

memanfaatkan semua upaya

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

yang dilakukan pada Internet dan komunikasi dan lainnya --

you can put optical fibers connected to lasers

serat optik yang terhubung dengan laser

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

yang dapat Anda gunakan untuk mengaktifkan, sebagai contoh pada model hewan,

dalam studi pra-klinis,

these neurons and see what they do.

neuron-neuron itu dan melihat fungsi mereka.

Bagaimana kami melakukan ini?

So how do we do this?

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

Sekitar tahun 2004,

bekerja sama dengan Gerhard Nagel dan Karl Deisseroth,

this vision came to fruition.

visi ini akhirnya berbuah.

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

Ada ganggang tertentu yang hidup di alam,

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

yang perlu bergerak menuju cahaya

untuk bisa berfotosintesis dengan optimal.

And it senses light with a little eyespot,

Dia merasakan cahaya dengan sebuah bintik-mata kecil,

which works not unlike how our eye works.

yang cara kerjanya beda dengan mata kita.

In its membrane, or its boundary,

Pada membran atau di perbatasannya,

it contains little proteins

terdapat protein-protein kecil

yang mengubah cahaya menjadi listrik.

that indeed can convert light into electricity.

Molekul ini disebut kanalrhodopsin.

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

Setiap protein ini berfungsi seperti sel surya yang saya sebutkan tadi.

that I told you about.

Ketika cahaya biru mengenainya, protein itu membuka lubang kecil

When blue light hits it,

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

dan memungkinkan partikel bermuatan untuk masuk bintik-mata itu.

Hal ini membuat bintik-mata tersebut menghasilkan sinyal listrik

that allows this eyespot to have an electrical signal,

seperti halnya sel surya mengisi baterai.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

Jadi yang kita perlukan adalah mengambil molekul-molekul ini

dan bagaimanapun juga memasangnya di dalam neuron.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

Dan karena itu adalah sebuah protein,

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

maka itu akan disandikan dalam DNA makhluk hidup.

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

Maka yang harus kami lakukan adalah mengambil DNA-nya,

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

memasukkannya dalam vektor terapi gen, seperti virus,

and put it into neurons.

dan memasukkannya ke dalam neuron.

And this was a very productive time in gene therapy,

Ternyata ini adalah masa yang sangat produktif untuk terapi gen,

and lots of viruses were coming along,

dan banyak virus ditemukan.

so this turned out to be fairly simple.

Ternyata ini juga sangat sederhana untuk dilakukan.

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

Pada pagi hari di musim panas 2004,

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

kami mencobanya untuk pertama kali, dan langsung bekerja.

Anda mengambil DNA ini dan memasukkannya ke dalam sebuah neuron.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

Neuron menggunakan mesin pembuat protein alaminya

to fabricate these little light-sensitive proteins

untuk membuat protein peka-cahaya yang kecil ini

dan memasangnya di seluruh bagian sel,

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

seperti memasang panel surya di atap.

And the next thing you know,

Hal selanjutnya adalah,

you have a neuron which can be activated with light.

Anda punya sebuah neuron yang dapat diaktifkan dengan cahaya.

Ini hal yang sangat manjur.

So this is very powerful.

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

Salah satu trik yang harus Anda lakukan

adalah mencari tahu bagaimana memasukkan gen ini ke sel yang Anda inginkan

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

dan tidak ke sel-sel tetangganya.

Anda dapat melakukannya; Anda dapat merekayasa virusnya

And you can do that;

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

sehingga mereka menuju beberapa sel dan bukan yang lainnya.

Ada trik genetik lain yang dapat Anda mainkan

And there's other genetic tricks you can play

untuk mendapat sel yang dapat diaktifkan dengan cahaya.

in order to get light-activated cells.

Bidang ini sekarang dikenal sebagai optogenetik.

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

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

Sebagai contoh hal yang dapat Anda lakukan,

Anda dapat mengambil sebuah jaringan yang kompleks,

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

menggunakan salah satu virus ini untuk mengantarkan gen

hanya pada satu jenis sel dalam jaringan yang padat itu.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

Ketika Anda menyinari seluruh jaringan itu,

just that cell type will be activated.

hanya sel jenis itu saja yang akan teraktifkan.

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

Jadi contohnya, mari menggunakan sel keranjang yang saya singgung tadi --

sel yang mengecil dalam kasus skizofrenia

the one that's atrophied in schizophrenia

di mana dia berfungsi sebagai penghambat.

and the one that is inhibitory.

Bila kita dapat mengantarkan gen itu pada sel-sel ini --

If we can deliver that gene to these cells --

tentu saja, yang lain tidak akan terpengaruh --

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

dan lalu memberikan kilatan cahaya biru di seluruh jaringan otak,

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

maka hanya sel-sel ini yang terpengaruh.

Ketika cahaya dimatikan, sel-sel ini kembali normal,

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

jadi mereka tidak kembali aktif dengan sendirinya.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

Anda tidak hanya bisa menggunakan ini untuk mempelajari apa fungsi sel itu,

what their power is in computing in the brain,

apakah kekuatan mereka dalam komputasi di otak,

tapi Anda juga bisa menggunakan ini untuk mencari tahu --

you can also use this to try to figure out

apakah kita dapat meningkatkan aktivitas sel-sel ini,

if we could jazz up the activity of these cells

bila memang mereka mengecil.

if indeed, they're atrophied.

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

Sekarang saya ingin memberikan beberapa cerita pendek

tentang bagaimana kita memanfaatkan hal ini,

both at the scientific clinical and preclinical levels.

baik pada tingkat ilmu pengetahuan, pra-klinis, dan klinis.

One of the questions that we've confronted is:

Satu pertanyaan yang menghadang kami adalah,

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

apa sinyal di otak yang mengatur sensasi kepuasan?

Because if you could find those,

Sebab bila Anda menemukannya,

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

maka akan ada sinyal yang dapat memicu pembelajaran.

Otak akan melakukan lebih untuk mendapatkan kepuasan itu.

the brain will do more of what got that reward.

Sinyal-sinyal inilah yang kacau pada kelainan seperti kecanduan.

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

Jadi bila kita dapat menemukan sel itu,

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

mungkin kita dapat menemukan sasaran lain

sehingga obat dapat dirancang untuk itu atau tidak untuk itu,

for which drugs can be designed or screened against

atau mungkin menjadi tempat pemasangan elektroda

or maybe places where electrodes could be put in

untuk orang yang mengalami kelainan parah.

for people who have severe disability.

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

Untuk melakukannya, kami punya paradigma yang sangat sederhana

dalam kolaborasi dengan grup Fiorella,

in collaboration with the Fiorillo group,

di mana salah satu sisi kotak kecil ini,

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

bila hewan pergi ke sana, dia mendapatkan pulsa cahaya

it gets a pulse of light.

untuk membuat sel yang berbeda di otaknya peka cahaya.

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

Jadi bila sel-sel ini dapat mengatur rasa puas,

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

hewan itu akan pergi ke sana lagi dan lagi.

Itulah yang terjadi.

And that's what happens.

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

Hewan ini pergi ke sisi kanan dan menaruh hidungnya di sana,

dan dia mendapat kilatan cahaya biru tiap kali melakukannya.

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

Dia akan melakukannya ratusan kali.

He'll do that hundreds of times.

Ini adalah neuron dopamin,

These are the dopamine neurons,

mungkin sebagian dari Anda sudah mendengar tentang ini di pusat rasa senang di otak.

in some of the pleasure centers in the brain.

Kami menunjukkan bahwa aktivasi neuron itu sebentar saja

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

sudah cukup, untuk mendorong pembelajaran.

Sekarang kita bisa memperluas gagasan ini.

Now we can generalize the idea.

Daripada satu titik di otak,

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

kita dapat menciptakan alat yang memenuhi otak,

yang dapat mengirim cahaya menuju pola tiga dimensi --

that can deliver light into three-dimensional patterns --

seperangkat serat optik,

arrays of optical fibers,

masing-masing terhubung dengan sumber cahaya mininya sendiri.

each coupled to its own independent miniature light source.

Lalu kita dapat mencoba melakukan percobaan in vivo

Then we can try to do things in vivo

yang sampai sekarang hanya dilakukan pada sebuah cawan --

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

seperti skrining kinerja tinggi pada seluruh bagian otak

untuk sinyal yang dapat menyebabkan terjadinya hal-hal tertentu.

for the signals that can cause certain things to happen

Atau mencari sasaran klinis yang tepat

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

untuk pengobatan kelainan otak.

Satu cerita yang ingin saya beri tahukan adalah

One story I want to tell you about is:

bagaimana kami menemukan sasaran untuk penanganan kelainan stres pasca-trauma --

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

sebuah bentuk kecemasan dan ketakutan yang tak terkendali.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

Salah satu hal yang kami lakukan

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

yaitu dengan mengadopsi model ketakutan klasik.

This goes back to the Pavlovian days.

Ini bermula pada masa Pavlovian.

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

Disebut pengondisian takut Pavlovian --

di mana sebuah nada diakhiri dengan kejutan singkat.

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

Kejutan itu tidak menyakitkan, hanya sedikit mengganggu.

Seiring dengan waktu -- dalam kasus ini seekor tikus,

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

model hewan yang cocok, umum digunakan untuk percobaan seperti ini --

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

hewan itu belajar untuk takut pada nada itu.

the animal learns to fear the tone.

Hewan itu akan menanggapi dengan diam,

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

seperti rusa di bawah sorotan lampu.

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

Sekarang pertanyaannya adalah, sasaran apa yang dapat kita temukan di otak

that allow us to overcome this fear?

yang memungkinkan kita mengatasi ketakutan ini?

Jadi yang kami lakukan adalah memainkan nadanya

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

setelah nada itu diasosiasikan dengan ketakutan.

Tapi kami mengaktifkan sasaran yang berbeda-beda di otak,

But we activate different targets in the brain,

menggunakan set serat optik yang telah saya jelaskan kepada Anda,

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

untuk mencoba menemukan sasaran yang mana

in order to try and figure out

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

yang dapat membuat otak mengatasi memori ketakutan itu.

Video singkat ini

This brief video shows you one of these targets

menunjukkan salah satu sasaran yang kami teliti sekarang.

that we're working on now.

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

Ini adalah daerah di korteks prefrontal,

daerah di mana kita dapat menggunakan ingatan untuk mengatasi emosi tidak mengenakkan.

to try to overcome aversive emotional states.

Hewan itu mendengat sebuah nada -- dan kilatan cahaya itu terjadi di sana.

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

Tidak ada audio di sini, tapi Anda bisa lihat hewan itu terdiam.

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

Nada ini berarti kabar buruk.

the tone used to mean bad news.

Ada jam kecil di ujung kiri bawah sana,

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

Anda dapat melihat dia terdiam selama dua menit.

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

Inilah klip selanjutnya

This next clip is just eight minutes later.

hanya delapan menit kemudian.

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

Nada yang sama dimainkan, dan cahaya berkilat lagi.

Baik, lihatlah. Sekarang.

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

Sekarang Anda bisa lihat, hanya dalam 10 menit percobaan,

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

setelah kita melengkapi otak dengan mengaktifkan area ini

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

untuk mengatasi ekspresi

to overcome the expression of this fear memory.

memori ketakutan ini.

Selama beberapa tahun terakhir, kita kembali ke pohon kehidupan,

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

karena kita ingin menemukan cara mematikan sirkuit di otak.

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

Bila kita dapat melakukannya, itu dapat berdampak besar.

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

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

Bila Anda dapat mematikan sel hanya selama beberapa milidetik atau detik,

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

Anda dapat mengetahui peran apa yang mereka mainkan

dalam sirkuit tempat mereka berada.

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

Kami sekarang meneliti makhluk hidup di seluruh pohon kehidupan --

semua dunia kehidupan kecuali hewan, kita melihatnya dengan berbeda.

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

Kami menemukan berbagai jenis molekul yang disebut halorhodopsin atau arkaerhodopsin,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

yang merespon pada cahaya hijau dan kuning.

that respond to green and yellow light.

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

Mereka melakukan kebalikan dari hal yang saya sampaikan tadi

di mana cahaya biru mengaktifkan kanalrhodopsin.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

Mari kita beri contoh ke mana arah dari hal ini.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Pertimbangkan sebuah keadaan seperti epilepsi,

where the brain is overactive.

di mana otak menjadi overaktif.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Bila obat gagal menangani epilepsi,

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

salah satu strateginya adalah membuang sebagian otak.

Itu jelas-jelas tidak dapat dikembalikan lagi, dan bisa ada efek samping.

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

Bagaimana bila kita hanya mematikan otaknya sebentar,

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

sampai kejangnya berhenti,

until the seizure dies away,

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

dan otak kembali ke keadaan semula --

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

seperti sistem dinamis yang ditunggu untuk kembali stabil.

Animasi ini mencoba menerangkan konsep itu

This animation tries to explain this concept

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

di mana kita membuat sel-sel ini sensitif untuk dapat dimatikan dengan cahaya,

dan kita menyinarkan cahaya masuk,

and we beam light in,

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

selama waktu yang dibutuhkan untuk menghentikan kejang,

kita berharap dapat mematikannya.

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

Kami belum mempunyai data untuk ditunjukkan pada Anda,

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

tapi kami sangat bersemangat tentang ini.

but we're very excited about this.

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

Sekarang saya ingin menutup dengan sebuah cerita,

yang kami pikir adalah sebuah kemungkinan lain --

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

yaitu mungkin molekul itu, bila dapat dikendalikan dengan cermat,

dapat digunakan di dalam otak

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

untuk membuat sejenis prostetik, prostetik optis.

an optical prosthetic.

Saya sudah memberi tahu Anda bahwa stimulator listrik cukup umum.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

75.000 orang penderita Parkinson ditanami stimulator di dalam otaknya.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

Mungkin sekitar 100.000 orang punya implan Cochlear,

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

yang membuat mereka bisa mendengar.

Ada hal lain, yaitu Anda harus memasukkan gen itu ke dalam sel.

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

Harapan baru dalam terapi gen telah dikembangkan

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

sebab virus seperti virus terasosiasi-adeno,

yang kemungkinan dimiliki sebagian besar dari kita di ruangan ini,

which probably most of us around this room have;

dan tidak menunjukkan gejala apapun,

it doesn't have any symptoms --

yang telah digunakan pada ratusan pasien

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

untuk mengirimkan gen ke dalam otak atau tubuh.

And so far, there have not been serious adverse events

Sejauh ini, belum ada kejadian buruk yang serius

yang berkaitan dengan virus itu.

associated with the virus.

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

Ada satu permasalahan besar terakhir, protein itu sendiri,

which come from algae, bacteria and funguses

yang berasal dari ganggang dan bakteri dan jamur,

and all over the tree of life.

dan semua bagian pohon kehidupan.

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

Kebanyakan dari kita tidak punya jamur atau ganggang di otak kita,

jadi apa yang akan dilakukan otak bila kita memasukkannya?

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

Apakah sel akan bisa mentolerirnya? Akankah sistem kekebalan tubuh bereaksi?

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

Awalnya -- ini belum dilakukan pada manusia --

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

tapi kami menyelidiki berbagai penelitian

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

untuk mencoba mengamati hal ini.

Sejauh ini kami belum melihat reaksi buruk apapun

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

terhadap molekul-molekul ini

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

atau pada penyinaran otak dengan cahaya.

Jadi ini masih tahap awal, yang paling pertama, tapi kami bersemangat tentang ini.

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

Saya ingin menutup dengan satu cerita,

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

yang kami pikir dapat berpotensi

untuk diterapkan secara klinis.

Now, there are many forms of blindness

Sekarang ada banyak jenis kebutaan

di mana reseptor cahaya,

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

sensor cahaya kita yang ada di belakang mata, sudah hilang.

are gone.

And the retina is a complex structure.

Retina tentu saja adalah sebuah struktur kompleks.

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

Mari kita perbesar di sini sehingga kita bisa melihat lebih detil.

Sel-sel reseptor cahaya ditunjukkan di atas,

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

lalu sinyal yang dideteksi reseptor cahaya

diubah oleh berbagai komputasi,

via various computations

sampai akhirnya lapisan sel paling bawah, sel-sel ganglion,

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

meneruskan informasi ke otak,

relay the information to the brain,

di mana kita melihatnya sebagai penglihatan.

where we see that as perception.

Dalam banyak bantuk kebutaan, seperti retinitis pigmentosa,

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

atau degenerasi makular,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

sel-sel reseptor cahaya telah mengecil atau rusak.

Now, how could you repair this?

Bagaimana Anda dapat memperbaiki hal ini?

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

Bahkan belum jelas jika obat-obatan dapat memulihkan keadaan ini,

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

sebab obat itu tidak bisa berikatan dengan apapun.

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

Di sisi lain, cahaya masih dapat masuk ke mata.

Mata masih transparan dan cahaya dapat masuk ke mata.

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

Jadi bagaimana bila kita bisa menggunakan kanalrhodopsin dan molekul lain

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

dan memasang mereka pada sel-sel yang ada

and install them on some of these other spared cells

dan mengubah mereka menjadi kamera kecil.

and convert them into little cameras?

Sebab di dalam mata ada banyak sekali sel,

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

mereka berpotensi menjadi kamera beresolusi sangat tinggi.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

Jadi ini beberapa pekerjaan yang kami lakukan.

This is some work that we're doing,

Dipimpin oleh salah satu kolaborator kami,

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

Alan Horsager di USC,

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

dan sedang diusahakan untuk dikomersialkan oleh perusahaan baru Eos Neuroscience,

yang didanai oleh NIH.

which is funded by the NIH.

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

Anda lihat di sini seekor tikus sedang berusaha melewati labirin.

Ini adalah labirin berlengan-enam. Ada sedikit air di dalamnya

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

untuk memotivasi tikus itu bergerak, bila tidak dia akan diam saja di sana.

Tujuannya tentu saja

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

adalah untuk keluar dari air dan pergi ke landasan kecil

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

di bawah bagian yang bersinar.

Tikus itu pintar, jadi dia akhirnya pasti menyelesaikan labirin ini,

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

but he does a brute-force search.

tapi dia mencari dengan membabi buta.

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

Dia berenang ke semua penjuru sampai akhirnya sampai di landasan.

He's not using vision to do it.

Dia tidak menggunakan penglihatan untuk melakukannya.

These different mice are different mutations

Tikus yang berbeda ini adalah mutasi yang lain

yang menggambarkan jenis kebutaan yang berbeda yang dialami manusia.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

Kami berusaha untuk berhati-hati dalam mencari model yang berbeda ini,

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

sehingga kami menemukan sebuah pendekatan umum.

so we come up with a generalized approach.

Bagaimana kita akan menyelesaikan ini?

So how can we solve this?

Kami akan melakukan persis seperti yang ada sebelumnya.

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

Kami menggunakan sensor cahaya biru

We'll take these blue light photo sensors

dan memasangnya di lapisan sel

and install them onto a layer of cells

di tengah retina di bagian belakang mata

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

and convert them into a camera --

dan mengubahnya menjadi kamera.

just like installing solar cells all over those neurons

Seperti memasang sel surya di seluruh neuron itu

untuk membuat mereka peka cahaya.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

Di sel-sel itu cahaya diubah menjadi listrik.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Tikus itu buta beberapa minggu sebelum percobaan

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

dan menerima satu dosis molekul peka cahaya ini dari virus.

Sekarang Anda lihat, hewan itu bisa menghindari dinding

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

dan pergi ke landasan kecil itu

and go to this little platform

dan membuat matanya berfungsi lagi.

and make cognitive use of its eyes again.

Untuk menekankan kekuatan hal ini:

And to point out the power of this:

hewan-hewan itu bisa sampai ke landasan

these animals can get to that platform

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

secepat hewan-hewan yang bisa melihat selama hidup.

Jadi menurut saya kajian pra-klinis ini,

So this preclinical study, I think, bodes hope

menandakan harapan untuk beberapa hal

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

yang kami harap dapat dilakukan di masa depan.

Sebagai penutup, saya ingin menunjukkan bahwa kami juga menyelidiki

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

model bisnis baru untuk bidang baru neuroteknologi ini.

Kami mengembangkan piranti ini,

We're developing tools and sharing them freely

tapi kami membagikannya dengan gratis pada ratusan kelompok di seluruh dunia,

with hundreds of groups all over the world

sehingga orang dapat belajar dan menangani kelainan yang berbeda.

for them to study and try to treat different disorders.

Harapan kami adalah, dengan menemukan sirkuit otak

Our hope is that by figuring out brain circuits

pada tingkat abstraksi yang memungkinkan kita memperbaiki dan merekayasa mereka,

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

kita dapat menangani kelainan yang tidak bisa diatur tadi,

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

yang selama ini tidak bisa disembuhkan,

practically none of which are cured,

dan membuatnya menjadi sejarah pada abad ke-21 ini.

and in the 21st century, make them history.

Terima kasih.

Thank you.

(Applause)

(Tepuk tangan)

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

Juan Enriquez: Beberapa bagian cukup sulit dicerna, bukan?

(Laughter)

(Tawa)

Tapi dampaknya

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

hingga kita bisa mengendalikan kejang epilepsi

with light instead of drugs

tanpa obat-obatan, hanya cahaya

and being able to target those specifically

dan mampu menyasar secara spesifik

is a first step.

adalah langkah pertama.

The second thing that I think I heard you say

Hal kedua adalah saya merasa mendengar Anda berkata

is you can now control the brain in two colors,

Anda sekarang bisa mengendalikan otak dengan dua warna.

Seperti saklar hidup/mati.

like an on-off switch.

Ed Boyden: Betul.

Ed Boyden: That's right.

JE: Itu membuat semua impuls yang masuk ke otak menjadi sebuah kode biner.

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

EB: Ya, betul.

EB: Right.

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

Dengan cahaya biru kita dapat mengatur informasi, dilambangkan dengan angka 1.

Dengan mematikan cahayanya, menjadi nol.

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

Jadi harapan kami adalah membangun ko-prosesor otak suatu hari

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

yang bekerja bersama otak,

sehingga kita bisa mengembalikan fungsi otak pada orang cacat.

so we can augment functions in people with disabilities.

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

JE: Secara teori, itu berarti,

ketika seekor tikus merasa, membaui,

mendengar, menyentuh,

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

Anda dapat memodelkannya sebagai deretan 1 dan 0.

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

EB: Ya, tentu. Kami berharap menggunakan cara ini untuk menguji

kode syaraf apa yang mendorong perilaku tertentu

what neural codes can drive certain behaviors

dan pikiran dan perasaan tertentu,

and certain thoughts and certain feelings

dan menggunakannya untuk lebih mengerti tentang otak.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

JE: Apa itu berarti suatu hari Anda dapat mengunduh memori

and maybe upload them?

dan mungkin mengunggahnya juga?

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

EB: Ya, itu sesuatu yang mulai kami kerjakan dengan susah payah.

Kami sekarang mengerjakan beberapa hal

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

di mana kami mencoba memasangi otak dengan elemen perekam juga.

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

Jadi kami dapat merekam informasi dan lalu memasukkannya kembali --

sort of computing what the brain needs

seperti mengomputasi apa yang dibutuhkan otak

in order to augment its information processing.

untuk meningkatkan pengolahan informasinya.

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

JE: Baiklah, itu mungkin mengubah beberapa hal. Terima kasih. (EB: Terima kasih.)

EB: Thank you.

(Tepuk tangan)

(Applause)