Carl Schoonover: How to look inside the brain

מתרגם: Orr Schlesinger מבקר: Ido Dekkers

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

זהו שרטוט בן אלף שנה של המוח.

It's a diagram of the visual system.

זו דיאגרמה של מערכת הראייה.

And some things look very familiar today.

הציור מאוד דומה לדיאגרמות שמצויירות כיום.

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

שתי עיניים בתחתית התמונה ועצב הראייה שיוצא מהן מאחור.

There's a very large nose

ויש אף גדול מאוד

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

שלא נראה מחובר לשום דבר.

And if we compare this

ואם נשווה את זה

to more recent representations of the visual system,

לשרטוטים של מערכת הראייה מהתקופה האחרונה,

you'll see that things have gotten substantially more complicated

תוכלו לראות שדברים נעשו הרבה יותר מורכבים

over the intervening thousand years.

במהלך אלף השנים שעברו.

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

וזה בגלל שכיום אנחנו יכולים לראות מה קורה בתוך המוח,

rather than just looking at its overall shape.

בניגוד להסתכלות רק על צורתו הנראית לעין.

Imagine you wanted to understand how a computer works

דמיינו שאתם רוצים לדעת כיצד פועל מחשב

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

וכל מה שאתם יכולים לראות הם מקלדת, עכבר ומסך המחשב.

You really would be kind of out of luck.

סוג של חוסר אונים...

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

אתם רוצים להיות יכולים לפתוח אותו,

look at the wiring inside.

ולהסתכל על כל החוטים שבפנים.

And up until a little more than a century ago,

עד לפני קצת יותר ממאה שנה,

nobody was able to do that with the brain.

אף אחד לא היה יכול לעשות את זה עם המוח.

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

אף אחד לא היה יכול לראות את ה"חיווט" במוח.

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

זה בגלל שאם תיקח מוח, תוציא אותו מהגולגולת

and you cut a thin slice of it,

תחתוך פרוסה דקה ממנו,

put it under even a very powerful microscope,

ותשים אותה תחת מיקרוסקופ חזק,

there's nothing there.

אין שם כלום.

It's gray, formless.

זה אפור וחסר צורה.

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

אין מבנה מוגדר, זה לא יגיד לך כלום.

And this all changed in the late 19th century.

כל זה השתנה לקראת סוף המאה ה-19.

Suddenly, new chemical stains for brain tissue were developed

פתאום החלו לפתח כל מיני צבעים כימיים לצביעת רקמת המוח

and they gave us our first glimpses at brain wiring.

שנתנו לנו הצצה ראשונה למה שקורה בתוכו.

The computer was cracked open.

פתחנו את המחשב לרווחה.

So what really launched modern neuroscience

אז מה שבאמת קידם את מדעי המוח המודרנים

was a stain called the Golgi stain.

הוא צבען שנקרא צבען גולג'י.

And it works in a very particular way.

והוא פועל בצורה הבאה.

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

במקום לצבוע את כל התאים בתוך רקמה מסויימת,

it somehow only stains about one percent of them.

הוא צובע רק כאחוז אחד מהם.

It clears the forest, reveals the trees inside.

מנקה את התמונה, כך שניתן לראות מה שקורה בפנים.

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

אם כל הרקמה היתה נצבעת לא היה ניתן לראות כלום.

So somehow it shows what's there.

כך שבצורה הזאת ניתן לראות מה קורה שם.

Spanish neuroanatomist Santiago Ramon y Cajal,

המומחה הספרדי לאנטומיה של מערכת העצבים סנטיאגו רמון א כהל,

who's widely considered the father of modern neuroscience,

שנחשב לאבי מדעי המוח המודרנים,

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

השתמש בצבען הגולג'י הזה, שנתן לו תמונה שנראית כך,

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

ונתן לנו את הבסיס להבנה של תא העצב, הנוירון.

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

ואם נחשוב על המוח כעל מחשב,

this is the transistor.

אז זה הטרנסיסטור.

And very quickly Cajal realized

מהר מאוד כהל הבין

that neurons don't operate alone,

שהנוירון לא פשוט עובד לבד,

but rather make connections with others

אלא יוצר קשרים עם נוירונים אחרים

that form circuits just like in a computer.

שביחד יוצרים מעגלים, ממש בדומה למה שיש במחשב.

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

כיום, מאה שנה מאוחר יותר, כאשר חוקרים רוצים להסתכל על נוירונים,

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

הם "מאירים" אותם מבפנים, במקום להכהות אותם בצבע כלשהו.

And there's several ways of doing this.

ויש כמה שיטות לעשות זאת,

But one of the most popular ones

אבל אחת השיטות הפופולריות ביותר

involves green fluorescent protein.

משתמשת בחלבון פלורסנטי ירוק (Green Fluorescent protein)

Now green fluorescent protein,

החלבון הפלורסנטי הזה,

which oddly enough comes from a bioluminescent jellyfish,

שמקורו ממדוזה בעלת יכולת הארה ביולוגית (ביולומיניסנציה)

is very useful.

מאוד מועיל,

Because if you can get the gene for green fluorescent protein

כיוון שאם אתה יכול לקחת את הגן לחלבון הזה

and deliver it to a cell,

ולהכניס את אותו לתא,

that cell will glow green --

התא יתחיל לזהור בצבע ירוק,

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

או בצבעים אחרים, תלוי בווריאציה של החלבון בה השתמשת,

you get a cell to glow many different colors.

אתה יכול לגרום לכך שהתא יחל לזהור בצבעים שונים.

And so coming back to the brain,

אז נחזור אם כן למוח,

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

זוהי תמונה מעכבר מהונדס גנטית שנקרא "בריין-בואו" (מוח-קשת בענן).

And it's so called, of course,

והוא נקרא כך, כמובן,

because all of these neurons are glowing different colors.

בגלל כל הנוירונים הללו שזורחים בצבעים שונים.

Now sometimes neuroscientists need to identify

לפעמים חוקרים צריכים לזהות

individual molecular components of neurons, molecules,

רכיב מולקולרי בודד של נוירונים, מולקולות,

rather than the entire cell.

ולאו דווקא תא שלם.

And there's several ways of doing this,

ויש מספר דרכים לעשות זאת,

but one of the most popular ones

אבל הפופולריות ביותר

involves using antibodies.

מערבות שימוש בנוגדנים.

And you're familiar, of course,

אתם מכירים בטח

with antibodies as the henchmen of the immune system.

את הנוגדנים כ"פועלים השחורים" של מערכת החיסון.

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

אבל מסתבר שהנוגדנים כל כך יעילים כחלק ממערכת החיסון

because they can recognize specific molecules,

כיוון שהם מסוגלים לזהות מולקולות ספציפיות,

like, for example, the coat protein

כמו למשל חלבון מסויים,

of a virus that's invading the body.

שהוא חלק מוירוס שחודר לגוף.

And researchers have used this fact

החוקרים משתמשים בעובדה זו

in order to recognize specific molecules inside of the brain,

על מנת לזהות מולקולות ספציפיות בתוך המוח,

recognize specific substructures of the cell

לזהות מבנים מסויימים בתוך התא,

and identify them individually.

ולזהות אותם בצורה פרטנית.

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

הרבה מהתמונות שהראיתי לכם כאן הן מאוד יפות,

but they're also very powerful.

אבל הן גם בעל ערך רב.

They have great explanatory power.

יש להן את היכולת להסביר לנו מה אנחנו רואים.

This, for example, is an antibody staining

למשל, זוהי תמונה של צביעה בעזרת נוגדנים

against serotonin transporters in a slice of mouse brain.

שמזהים טרנספורטר של סרוטונין בדגימה ממוח של עכבר.

And you've heard of serotonin, of course,

בטח שמעתם בעבר על סרוטונין,

in the context of diseases like depression and anxiety.

בהקשר של דיכאון ולחץ.

You've heard of SSRIs,

שמעתם על מעכבי קליטה חוזרת של סרוטונין (SSRI's),

which are drugs that are used to treat these diseases.

שמשמשים כתרופות כנגד הפרעות אלו.

And in order to understand how serotonin works,

ועל מנת להבין כיצד סרוטונין פועל,

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

קריטי לדעת היכן נמצא מנגנון הפעולה שלו.

And antibody stainings like this one

צביעות בעזרת נוגדנים כמו זו

can be used to understand that sort of question.

יכולות לעזור לפענח ולענות על שאלות כאלו.

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

אני רוצה, אם כן, להשאיר אתכם עם המחשבה הבאה:

Green fluorescent protein and antibodies

חלבון פלורסנטי ירוק ונוגדנים

are both totally natural products at the get-go.

הם מלכתחילה חומרים טבעיים לחלוטין,

They were evolved by nature

הם פותחו על ידי הטבע

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

על מנת לאפשר למדוזה לזהור מכל סיבה שלא תהיה,

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

או על מנת לזהות חלבון של וירוס כלשהו.

And only much later did scientists come onto the scene

ורק הרבה יותר מאוחר מדענים גילו את הדברים הללו,

and say, "Hey, these are tools,

ואז הם אמרו, "היי, אלה כלים,

these are functions that we could use

אלה יכולות שאנחנו יכולים להשתמש בהן

in our own research tool palette."

ב"ארגז" הכלים המדעיים העומדים לרשותינו".

And instead of applying feeble human minds

ובמקום להשתמש במוח האנושי

to designing these tools from scratch,

ולתכנן את הכלים הללו מאפס,

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

יש לנו פתרונות מוכנים שם בחוץ

developed and refined steadily for millions of years

שפותחו ושופרו במשך מליוני שנים

by the greatest engineer of all.

על ידי המהנדס הגדול מכולם.

Thank you.

תודה רבה.

(Applause)

(מחיאות כפיים)