Ed Boyden: A light switch for neurons

エド・ボイデン: ニューロンの光スイッチ

翻訳: Keiichi Kudo 校正: Natsuhiko Mizutani

Think about your day for a second.

皆さんの日常について 考えてみてください

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

起床し 外に出て 清々しい風を感じ

encountered new colleagues and had great discussions

新しい同僚と良い議論をし

新しい発見に 感動するでしょう

and felt in awe when you found something new.

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

でもたぶん気にも留めなかったこと があるはずです

実に当たり前すぎて

something so close to home,

普段はまったく 意識されないことです

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

それは感覚や感情 決断や行動などは

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

頭の中にあって 脳と呼ばれるコンピュータが

are mediated by the computer in your head

called your brain.

仕切っているということです

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

外見上 脳は 大したものには見えません

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

1.3kg 程度のピンクがかった灰色の

amorphous.

不定形の臓器なのですが

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

過去百年の神経科学の発展により 脳を詳細に観察できるようになり

and to see the intricacy of what lies within.

その複雑さを研究できるようになりました

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

その結果 脳は 数千億の ニューロンと呼ばれる細胞が織りなす

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

複雑な回路から成っていることが 分かりました

Now, unlike a human-designed computer,

人間が設計したコンピュータは

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

部品の種類は少ないのですが

これは我々が設計したので 仕組みは分かっていますが—

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

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

脳は数千種類の 多様な細胞から出来ています

maybe tens of thousands.

数万種類かもしれません

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

形も違っていますし 構成する分子も違います

they project and connect to different brain regions.

それぞれが様々な 脳部位へと繋がっています

また様々な病気で 様々に変化します

They also change in different ways in different disease states.

具体的にお話ししましょう

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

近隣細胞を不活性化する

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

抑制細胞という比較的 小さな細胞があります

これは統合失調症などで

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

萎縮が見られる細胞です

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

籠細胞と呼ばれます

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

我々が研究している数千種類の

that we're learning about.

細胞の内の一つです

New ones are being discovered every day.

新種の細胞が日々発見されています

As just a second example:

もう一つ 例として

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

この大きな錐体細胞は

多くの脳部位に存在しています

of the brain.

これは興奮性の細胞であり

They're excitatory.

てんかんなどで

And these are some of the cells that might be overactive

活動過剰になっていると 思われる細胞の一つです

in disorders such as epilepsy.

Every one of these cells is an incredible electrical device.

これらの細胞一つ一つが 驚くべき電気装置なのです

They receive inputs from thousands of upstream partners

数千個の上流の細胞から 入力を受け取り

and compute their own electrical outputs,

自身の電気出力を計算し

which then, if they pass a certain threshold,

それが一定の閾値を 超えている場合

数千個の下流の細胞へ 出力します

will go to thousands of downstream partners.

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

1ミリ秒ほどで起きるこの過程は

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

1千億個の細胞全てで

as long as you live and think and feel.

毎分何千回も繰り返されます

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

どうしたらこの回路の働きを 解明できるでしょう？

Ideally, we could go through this circuit

理想は 回路を構成している

全細胞をオンオフして どの種類の細胞が

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

どの機能に寄与しているかとか

which ones contribute to certain functions

どの病態でおかしくなるか

and which ones go wrong in certain pathologies.

調べていくことです

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

細胞を活性化できれば それが何を引き起こし

what they can initiate and sustain.

何を維持するか 調べられます

If we could turn them off,

不活性化できれば

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

それが何に必要な細胞か 分かります

これが本日 私がお話しする内容です

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

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

我々はこれまでの 11 年間

through an attempt to find ways

脳の回路 細胞 脳の部分 神経経路を

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

オンオフする方法を

on and off,

模索してきました

科学を理解するため

both to understand the science

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

また人間として我々が直面する 数々の問題に立ち向かうためにです

Now, before I tell you about the technology,

技術的なお話をする前に 一言

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

残念なことに 長生きしていくと

if we live long enough,

我々はかなりの割合で

will encounter, perhaps, a brain disorder.

脳疾患に罹ります

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

既に十億人が機能障害を及ぼす

that incapacitates them.

脳疾患に罹っています

The numbers don't do it justice, though.

この数字だけでは 実態を伝えるには不十分です

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

統合失調症 アルツハイマー病

depression, addiction --

うつ 依存症などの障害は

they not only steal away our time to live,

我々の寿命を削るだけでなく

they change who we are.

我々自身を変容させます

They take our identity and change our emotions

自己同一性を奪い 感情を変え

and change who we are as people.

人間としての我々を変えます

Now, in the 20th century,

20 世紀には

there was some hope that was generated

脳障害を治療する

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

薬剤の開発がずいぶん 期待されたものでした

And while many drugs have been developed

脳障害の症状を緩和する

that can alleviate symptoms of brain disorders,

たくさんの治療薬が 開発される一方

practically none of them can be considered to be cured.

完治できる薬は 実際上できませんでした

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

その理由の一つは

we're bathing the brain in a chemical --

脳が化学物質に 浸かっているためです

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

数千種類の細胞からなる 脳の精巧な回路は

化学物質に浸っています

is being bathed in a substance.

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

全てではないけれど 市販のほとんどの薬が

can present some kind of serious side effect too.

深刻な副作用を 引き起こす理由でしょう

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

パーキンソン病と 人工内耳に関しては

that are implanted in the brain,

脳に埋め込んだ電気刺激器で

for Parkinson's disease or cochlear implants.

ある程度助かっている人もいます

These have indeed been able to bring some kind of remedy

この電気刺激機器が ある種の障害に対する

to people with certain kinds of disorders.

助けとなってきました

But electricity also will go in all directions --

しかし電流は全方向へ流れます

the path of least resistance --

最も抵抗の低い経路を—

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

この言い方は「一番楽な道」の意味でも 使われていますね

and will also affect normal circuits,

従って電気刺激は治したい異常回路と

as well as the abnormal ones you want to fix.

正常な回路 両方に影響します

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

そうして再び我々は 超精密制御の考えに戻るのです

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

信号を思い通りに制御できるのか？

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

11 年前に神経科学を始めたとき

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

私は電気工学と物理が 専門だったので

the first thing I thought about was,

最初に考えたことは

if these neurons are electrical devices,

ニューロンが電気装置ならば

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

その電気的変化を 遠隔操作する方法を

at a distance.

見つければよいということでした

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

もし隣接する細胞を 発火させずに

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

一つの細胞だけを 発火させられたら

様々な細胞を活性化および 抑制するツールが得られ

to figure out what they do

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

個々が何をし そのネットワーク上での 役割が分かります

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

また同時に正常な計算が できなくなった回路を

to fix the circuit computations that have gone awry.

元通りにするための 超精密制御が可能となります

Now, how are we going to do that?

どうしたら実現できるでしょう？

Well, there are many molecules that exist in nature

自然界には光を電気へと 変換できる分子が

which are able to convert light into electricity.

多数存在しています

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

太陽電池のように働く 小さなタンパク質だと考えてください

If we install these molecules in neurons somehow,

この分子をどうにかして ニューロンに導入できれば

then these neurons would become electrically drivable with light,

そのニューロンは光刺激で 活性化させられます

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

この分子を持たない隣接細胞は 反応しません

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

これを可能にするには 更に

the ability to get light into the brain.

脳内に光刺激を届けるための 工夫が必要です

The brain doesn't feel pain.

そのために 痛覚のない脳に

インターネットや通信技術などの

Taking advantage of all the effort

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

成果である光ファイバーを挿入します

you can put optical fibers connected to lasers

光ファイバーにニューロンを 活性化させるためのレーザーを接続し

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

動物を使った前臨床実験で

ニューロンの振る舞いを観察します

these neurons and see what they do.

So how do we do this?

これはどうやるのでしょうか？

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

2004 年頃にゲオルグ・ナゲルと カール・ダイセロスと共同して

this vision came to fruition.

この構想は実現しました

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

野性の藻には

光合成を最適化するために 光へ向かって移動するものが存在します

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

And it senses light with a little eyespot,

我々の目と大きく異ならない仕組みの

which works not unlike how our eye works.

小さな眼点で光を感知します

In its membrane, or its boundary,

その細胞膜には

it contains little proteins

光を電気へと変換できる

いくつかの小さなタンパク質が 含まれています

that indeed can convert light into electricity.

These molecules are called channelrhodopsins.

これらはチャネルロドプシンと呼ばれます

And each of these proteins acts just like that solar cell

これらのタンパク質は

先ほど触れた太陽電池のように 振る舞います

that I told you about.

When blue light hits it,

青い光で刺激されると 細胞膜に小さな穴を開き

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

荷電粒子を眼点内へ取り込みます

that allows this eyespot to have an electrical signal,

それによって太陽電池が 充電するのと同様に

just like a solar cell charging a battery.

眼点は電気信号を発します

So what we need to do is take these molecules

我々がしなければならないのは

この分子をニューロンへ 導入することでした

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

それはタンパク質なので

その藻の DNA 内にコードされています

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

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

あとはその DNA を使って

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

ウイルス様の遺伝子治療用ベクターに 組み込み

and put it into neurons.

ニューロンに導入すれば良いだけです

And this was a very productive time in gene therapy,

これは遺伝子治療が 大いに進んだ時期で

and lots of viruses were coming along,

たくさんのウイルスが 入手可能であり

so this turned out to be fairly simple.

やってみると簡単なことでした

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

2004 年の夏のある朝に実験し

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

最初の試行で成功しました

You take this DNA and put it into the neuron.

この DNA をニューロンに 導入するのです

The neuron uses its natural protein-making machinery

ニューロン自身のタンパク質合成装置が

to fabricate these little light-sensitive proteins

光感受性タンパク質を組み立て

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

ソーラーパネルを設置するが如く 細胞中に据え付けます

And the next thing you know,

すると

光刺激で活性化できるニューロンの 出来上がりです

you have a neuron which can be activated with light.

So this is very powerful.

これは非常に強力です

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

ここで工夫が必要なのは 隣接細胞ではなく目的の細胞だけに

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

この遺伝子を導入する方法です

これは可能です まずウィルスを

And you can do that;

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

特定の細胞にだけ 取り付くよう改造します

And there's other genetic tricks you can play

光で活性化する細胞を作るための

in order to get light-activated cells.

遺伝子の工夫はまだあります

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

この分野は光遺伝学として 知られるようになりました

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

その一例として複雑なネットワークを

you can take a complex network,

取り上げてみます

use one of these viruses to deliver the gene

高密度なネットワークに存在する

一種類の細胞にだけ ウィルスを用いて 遺伝子を導入できます

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

そしてネットワーク全体に対して 光を照らすと

just that cell type will be activated.

その種類の細胞だけが 活性化します

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

例えば先ほどの籠細胞を 取り上げてみましょう

the one that's atrophied in schizophrenia

統合失調症において 萎縮してしまう

and the one that is inhibitory.

抑制系の細胞です

If we can deliver that gene to these cells --

先の遺伝子を導入し 発現させても

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

この細胞の表現型は 変化しません

then flash blue light over the entire brain network,

脳のネットワーク全体に 青い光を照射して

just these cells are going to be driven.

この細胞だけを活性化できます

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

照射を止めれば細胞は 正常状態に戻ります

there don't seem to be adverse events.

特に悪影響もないように見えます

Not only can you study what these cells do,

この技術を用いれば細胞の働きや

what their power is in computing in the brain,

脳全体における役割だけでなく

例えば 籠細胞の働きを活性化して―

you can also use this to try to figure out

if we could jazz up the activity of these cells

実際に籠細胞は萎縮しているのですが

if indeed, they're atrophied.

その影響を見られます

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

では我々がこの技術を 科学的な 臨床/前臨床 それぞれの段階で

both at the scientific clinical and preclinical levels.

どう利用しているか お話ししたいと思います

One of the questions that we've confronted is:

我々が取り組んだ問題の一つは

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

報酬という感覚を脳内で媒介する信号は 何かというものです

Because if you could find those,

なぜならこれを発見できれば

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

学習を促進する信号に 成り得るからです

脳は報酬を得たことを より実行します

the brain will do more of what got that reward.

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

またその信号は依存症などの障害で 異常になります

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

従ってどの細胞かを解明できれば

薬の設計やスクリーニングに有効な 新たな創薬ターゲットの発見や

for which drugs can be designed or screened against

or maybe places where electrodes could be put in

重症患者に対する 適切な電極刺激部位の同定に

for people who have severe disability.

繋がるかもしれません

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

そのために我々はフィオリログループと共同で

in collaboration with the Fiorillo group,

ある単純なパラダイムを作りました

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

この小さな箱の一方に 動物が移動すると

it gets a pulse of light.

光のパルスが照射されるようにしました

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

異なる細胞を 光に感受性を持つようにしました

その細胞が報酬を媒介している場合 動物は光が照射される方へ頻繁に行くはずです

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

And that's what happens.

そしてその通りの結果が出ました

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

この動物が右側の穴を鼻で突くと

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

その度に青い光が照射されるようにしました

彼は何百回とこれを繰り返します

He'll do that hundreds of times.

These are the dopamine neurons,

これらはドーパミンニューロンによるものです

in some of the pleasure centers in the brain.

快楽に関わる物質として ご存じの方もいるでしょう

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

学習を促進するにはこれを短時間だけ 活性化すればよいことが分かりました

Now we can generalize the idea.

次に このアイデアを拡張し

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

脳の一点だけでなく 脳全体に対して立体的に光を照射できる

that can deliver light into three-dimensional patterns --

機器を用意します

arrays of optical fibers,

独立した小型の光源に接続した

each coupled to its own independent miniature light source.

並列光ファイバーを用います

Then we can try to do things in vivo

これによって培養皿でしか

that have only been done to date in a dish,

出来なかったことを 生体で実験できます

like high-throughput screening throughout the entire brain

例えば特定の現象を引き起こす信号や

for the signals that can cause certain things to happen

脳障害の治療ターゲットの探索にも

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

スクリーニングを脳全体に対して 高速に実施できます

One story I want to tell you about is:

制御不能な不安や恐怖を示す

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

PTSD の治療ターゲットを どう探すかについて

a form of uncontrolled anxiety and fear?

一つお話ししたいと思います

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

我々が試したことの一つは 恐怖の古典的モデルを取り入れることでした

This goes back to the Pavlovian days.

それはパブロフの時代まで遡ります

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

これはパブロフの恐怖条件付けと呼ばれ 音の呈示後に電気ショックをあたえるものでした

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

痛くはありませんが 少し不快なものでした

こういった実験でよく用いられる

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

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

マウスで繰り返し実験したところ

音を怖がるよう条件付けられました

the animal learns to fear the tone.

動物は反射的にこわばります ヘッドライトに照らされたときのシカと同じです

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

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

ここでの問題は この恐怖を克服するための何かは

that allow us to overcome this fear?

脳のどこで見つけられるか ということです

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

何をするかというと 恐怖と条件付けた音を鳴らします

But we activate different targets in the brain,

ただその時に 先ほどお見せした

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

光ファイバーを用いて いろいろな脳部位を活性化させ

恐怖の記憶を克服するためには

in order to try and figure out

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

どの脳部位が働くのかを調べます

この簡単なビデオで

This brief video shows you one of these targets

我々が取り組んでいる ターゲットの一つをお見せします

that we're working on now.

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

前頭前野のある領域で

嫌感情を認知で克服しようとする時に 活動する脳部位です

to try to overcome aversive emotional states.

動物は音を聴き そこで光の照射を受けます

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

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

音声は入っていませんが 動物が硬直しているのは確認できます

the tone used to mean bad news.

音は悪い知らせとして使われます

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

左下の時計を見ると

実験が始まって2分が 過ぎたことが分かります

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

次のシーンは 8分後のものです

This next clip is just eight minutes later.

同じ音刺激が与えられ 光が照射されます

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

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

光ります 今です

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

ご覧の通り 10 分の実験で

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

我々はこの部位を光で 活性化させ

恐怖の記憶を克服させることが 出来ました

to overcome the expression of this fear memory.

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

我々はこの数年間 生命の樹を振り返っていました

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

脳内の回路をオフにする方法を 探していたのです

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

実現すれば 極めて有効な 手段となります

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

数ミリ秒あるいは数秒でも 細胞の活動を止めることができれば

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

その回路における 役割を解明できます

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

我々は生命の樹全体の生物を調べ

動物以外の界は若干 異なることが分かりました

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

また緑と黄色の光に反応する ハロロドプシン

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

または古細菌ロドプシンと呼ばれる 分子を見つけました

that respond to green and yellow light.

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

これらは先に述べた 青い光に反応する

チャネルロドプシンとは 逆のことをします

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

これらを上手く利用できる例を挙げます

Consider, for example, a condition like epilepsy,

脳が過剰に活動している

where the brain is overactive.

てんかんの症状を例に 取ってみましょう

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

てんかん治療で薬が 有効でなかった場合

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

脳の一部を除去するという 手段がありますが

それは不可逆的で 副作用の出る可能性もあります

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

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

もし発作が止まるまで

一時的に脳を停止できたとしたら どうでしょう

until the seizure dies away,

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

力学において動的な系を 安定状態に移行させるように

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

脳を初期状態に戻すのです

This animation tries to explain this concept

こちらのアニメーションは その概念の説明です

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

光刺激によって オフに出来る細胞を作り

and we beam light in,

光を照射し

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

発作を鎮めるのにかかる時間だけ

活動を停止させられたらと 考えています

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

この最新の研究について お見せできるデータはありません

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

but we're very excited about this.

張り切って取り組んでいるところです

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

もう一つの展望として 注目したいのが

超精密制御でこの分子を 脳自体に用いることが出来れば

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

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

新たな補装具

光学式補装具が 出来ると考えています

an optical prosthetic.

電気刺激機器が珍しくないことは 既にお話ししました

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

Seventy-five thousand people

7万5千人のパーキンソン病患者が

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

電気刺激機器を脳内移植しており

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

補聴器としておそらく 10 万人以上が 人工内耳を移植しています

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

もう一つは遺伝子を細胞に 導入する必要があるということです

A new hope in gene therapy has been developed,

遺伝子治療における新たな期待として

because viruses like the adeno-associated virus --

アデノウィルスが開発され―

which probably most of us around this room have;

ここにいる全員が保有しているであろう ウイルスですが

it doesn't have any symptoms --

何の症状ももたらしません―

これが脳や体に遺伝子を導入するために

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

百人以上の患者で用いられてきました

And so far, there have not been serious adverse events

これまでこのウィルスによる悪影響は

associated with the virus.

報告されていません

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

まだ誰も触れていない大問題として

which come from algae, bacteria and funguses

藻 バクテリア 菌類など

and all over the tree of life.

系統樹のあちこちからの タンパク質が問題です

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

我々は通常脳に菌類や藻類を 持っていませんが

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

それを導入したら 我々の脳はどうなるでしょう？

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

許容するでしょうか？ 免疫系が反応するでしょうか？

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

まだ人間では実験されていませんが

我々は数々の研究に着手しており これを検証しようとしています

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

まだこれらの分子や

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

脳の光刺激について

to these molecules

どのような悪影響も 観察されていません

or to the illumination of the brain with light.

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

正直 まだ初期段階ですが 我々は興奮しています

I wanted to close with one story,

最後に

which we think could potentially be a clinical application.

臨床に応用できる可能性があると思われるお話で 締めたいと思います

Now, there are many forms of blindness

失明にはいくつもの形態があります

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

我々の目の奥にある

光受容体が無くなってしまうのです

are gone.

And the retina is a complex structure.

網膜は複雑な構造をしています

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

拡大してもっと細かく見てみましょう

The photoreceptor cells are shown here at the top.

光受容体細胞は一番上にあり

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

受け取った信号は細胞の層の

一番下にある神経節細胞に至るまでに

via various computations

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

様々な計算を経て変換され

relay the information to the brain,

そこから脳へ情報が伝達され

我々は映像を知覚します

where we see that as perception.

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

網膜色素変性症や黄斑変性症などで

or macular degeneration,

失明する際には

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

光受容体細胞は萎縮 または破壊されています

Now, how could you repair this?

どうしたら治せるでしょう？

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

薬が結合する対象が存在しないため

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

薬による治療が可能かどうかすら不明です

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

その一方で 光は変わらず 目に入ってきているのです

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

眼は透明で 光は変わらず素通りしてきています

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

ではもしチャネルロドプシンなどの分子を

and install them on some of these other spared cells

代替の細胞に導入し

カメラ（光受容細胞）として使えたら どうでしょう？

and convert them into little cameras?

目には多数の細胞が存在するので

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

解像度の非常に高いカメラとなるはずです

potentially, they could be very high-resolution cameras.

This is some work that we're doing,

我々はこのようなことをしています

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

これは我々の共同研究者の一人 USC のアラン・ホーセイジャーが率い

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

NIH の研究費援助の下 Eos Neuroscience 社の立ち上げと共に

which is funded by the NIH.

商業化をしようとしています

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

これはマウスが迷路問題を 解こうとしている場面です

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

6 方向放射状迷路です マウスの活動を促すため水を少し入れています

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

この迷路の目的は 水から上がって

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

小さな台へ移動することです

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

マウスは賢いので最終的には 迷路を解きますが

but he does a brute-force search.

総当たりでやります

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

台にたどり着くまで 全ての通路を泳ぎます

He's not using vision to do it.

つまり視覚を使っていないのです

These different mice are different mutations

これらのマウスは遺伝子改変によって

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

人間の盲目をモデルした 変異マウスです

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

それぞれのモデルを慎重に観察し

一般化できる解決手法を模索します

so we come up with a generalized approach.

So how can we solve this?

どのようにしたらよいでしょう？

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

先のスライドで示した通り

We'll take these blue light photo sensors

我々は青い光センサーを

and install them onto a layer of cells

目の後ろ側の網膜

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

中央の細胞層に導入し

and convert them into a camera --

カメラとして機能させます

just like installing solar cells all over those neurons

太陽電池を導入し ニューロンを

光感受性にしたときと同様です

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

そこで光は電気に変換されます

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

このマウスは実験の 数週間前に失明させ

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

光感受性分子の遺伝子を含んだウィルスを 投与しました

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

そしてご覧の通り マウスは壁を避け

and go to this little platform

小さな台へとたどり着きます

and make cognitive use of its eyes again.

目の知覚機能が回復しています

And to point out the power of this:

またこのマウスの凄いところは

these animals can get to that platform

失明を経験していないマウスと

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

同等の成績で台に たどり着いているということです

So this preclinical study, I think, bodes hope

この前臨床研究は

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

今後我々が実現したいことの 希望を示していると考えます

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

我々はニューロテクノロジーの分野における 新たなビジネスモデルも模索しています

We're developing tools and sharing them freely

我々はこういったものを開発し

皆が様々な障害の治療を研究できるよう

with hundreds of groups all over the world

世界中で数百のグループに 無料で共有しています

for them to study and try to treat different disorders.

Our hope is that by figuring out brain circuits

我々の望みは

修復および設計が出来る程度まで 脳の回路を解明し

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

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

先にお話しした不治の難病を

practically none of which are cured,

先にお話しした不治の難病を

and in the 21st century, make them history.

21 世紀で過去のものとすることです

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

(拍手)

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

ファン・エンリケス: 少々 濃い内容でした

(Laughter)

(笑)

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

薬の代わりに光で

発作やてんかんを抑え

with light instead of drugs

and being able to target those specifically

また治療ターゲットを 特定できるというのが

is a first step.

まず第一歩ですね

The second thing that I think I heard you say

第二に 脳を二つの色で コントロールできるように

is you can now control the brain in two colors,

なったとおっしゃっていたと思います

like an on-off switch.

スイッチのオンオフのように

Ed Boyden: That's right.

エド・ボイデン: その通りです

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

JE: 脳内の全ての信号を 二進数に置き換えられると

EB: Right.

EB: そうですね

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

青い光が情報を伝えさせるのは １のようなもの

オフのスイッチのほうは ゼロのようなものですね

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

障害者の機能を増強するために

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

我々は最終的に 脳と共に作動する コプロセッサを作りたいと考えています

so we can augment functions in people with disabilities.

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

JE: つまり理論的にはマウスが 感じ 匂いを嗅ぎ 聞き 触れるのを

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

1 と 0 の文字列で モデル化できるということですか？

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

EB: そうです 我々はこの技術を

どの神経信号が特定の行動

what neural codes can drive certain behaviors

and certain thoughts and certain feelings

考え 感情へと導くかの評価に用い

and use that to understand more about the brain.

脳の解明に役立てたいと思います

JE: Does that mean that someday you could download memories

JE: ではいつか記憶の ダウンロードやアップロードが

and maybe upload them?

できるようになるということですか？

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

EB: ええ 我々はそれにも 頑張って取り組み始めています

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

我々は現在 情報を外部記録し

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

また取り入れられるように

記録素子を脳に敷き詰めよう という研究も進めています

sort of computing what the brain needs

脳の情報処理を増強するのに必要なものを 計算しているといったところです

in order to augment its information processing.

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

JE: それは色々変化を もたらすかもしれませんね

EB: ありがとうございました

EB: Thank you.

(Applause)

(拍手)