Ed Boyden: A light switch for neurons

번역: Bianca Lee 검토: Jeong-Lan Kinser

잠시동안 하루일과를 생각해보세요.

Think about your day for a second.

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

일어나고, 문을 걸어나오며 얼굴에 상쾌한 공기를 느끼고,

encountered new colleagues and had great discussions

새로운 동료들을 만나 토론을 하고,

새로운 것을 알게 되었을 때 경외감을 느끼죠.

and felt in awe when you found something new.

그러나 오늘 생각하지 않았던 것이 있었을거라 확신합니다.

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

집에서 너무 가까운 것이라

something so close to home,

자주 생각조차 하지 않을 수도 있는 것이죠.

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

모든 감각, 느낌, 결정과 행동은

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

당신의 머리속에 있는

뇌라는 컴퓨터에 의해

are mediated by the computer in your head

조정된다는 것 말입니다.

called your brain.

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

뇌는 겉으로 보이는 것과는 다를 수도 있습니다—

회분홍색의, 형태가 없는 1, 2 파운드의

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

모습이죠.

amorphous.

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

지난 몇백년의 신경 과학은

우리들이 이런 뇌를 확대해,

and to see the intricacy of what lies within.

안에 무엇이 있는지의 복잡함을 볼 수 있도록 했습니다.

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

그리고 뇌는 뉴런이라 불리는

수억, 수백가지의 세포로 만들어진

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

믿을 수 없게 복잡한 회로라는 것을 알려주었습니다.

Now, unlike a human-designed computer,

적은 숫자의 여러 부분으로 만들어진,

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

사람이 만든 컴퓨터와는 다르게—

사람이 디자인했기 때문에, 작동원리를 잘 알고있죠 –

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

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

뇌는 수천가지의 다른 종류의 세포들로 만들어져 있습니다.

어쩌면 수만가지일 수도 있겠군요.

maybe tens of thousands.

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

세포들은 각기 다른 모양으로 생겼습니다. 모두 다른 분자들로 이루어져 있구요.

또한, 각각 뇌의 다른 부분에 계획되어 연결합니다.

they project and connect to different brain regions.

여러 질병 상태에 따라 다른 방법으로 바꾸기도 합니다.

They also change in different ways in different disease states.

더 명확하게 설명하자면

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

뇌 안에는 한 부류의,

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

작고, 주변 세포를 진정시키는 억제 세포가 있습니다.

정신 분열증에서 처럼 위축되어 보이는 세포 중 하나이죠.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

바구니세포라고 불립니다.

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

이 세포는 우리가 배우고 있는

수천가지의 세포 중 하나입니다.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

매일 새로운 종류의 세포가 발견되고 있습니다.

두번째 예처럼요.

As just a second example:

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

이 피라미드의, 거대한 세포들은,

뇌의 중요한 부분에 자리잡고 있습니다.

of the brain.

흥분성 세포입니다.

They're excitatory.

또한 이 세포들은 간질 같은 병에선

And these are some of the cells that might be overactive

지나치게 활동적일 때도 있습니다.

in disorders such as epilepsy.

이런 세포들 모두

Every one of these cells is an incredible electrical device.

놀라운 전기 장치인 셈이죠.

They receive inputs from thousands of upstream partners

그것들은 위에 있는 수천개의 세포들로부터 입력을 받아서

그들 스스로의 전기 결과물을 산출해내,

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

특정 경계선을 넘게 된다면, 밑에 있는

다른 수천개의 세포들에게 전달할 것입니다.

will go to thousands of downstream partners.

100분의 1초정도 소요되는 이 과정은,

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

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

당신이 살아있고, 생각하고,

느끼는 한, 몸 속의

as long as you live and think and feel.

1000억개의 모든 세포에서

1분동안 수천번 일어납니다.

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

그렇다면 우리는 이 회로가 무엇을 하는지 어떻게 알까요?

이상적으로는, 이 회로에 개입해

Ideally, we could go through this circuit

다른 종류의 세포들을 켜거나 꺼서

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

어떤 세포가 특정 기능을 하고,

which ones contribute to certain functions

특정 병에선 어떤 것이

and which ones go wrong in certain pathologies.

잘못되어 있는지 알아낼 수 있을겁니다.

만약 세포들을 활성화시킬 수 있다면, 어떤 힘으로 촉진시키거나,

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

무엇이 세포를 시작하고 지속하는지 알 수 있을겁니다.

what they can initiate and sustain.

만약 세포들을 차단시킨다면,

If we could turn them off,

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

그것들이 무엇에 필요한 지를 알 수 있을겁니다.

이것이 제가 오늘 말하려는 이야기 입니다.

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

솔직히, 지난 11년동안은,

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

뇌의 회로, 세포,

through an attempt to find ways

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

각종 부분과 경로들을 활성화, 또는 비활성화 시키는

방법을 찾기위한

on and off,

시도들을 통해, 과학을 이해하고,

both to understand the science

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

전 인류가 대면하는 몇가지 이슈들을

직면하기 위해서였습니다.

Now, before I tell you about the technology,

이제 제가 기술에 대해 언급하기 전에,

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

이 방에 계신 분들 중 중요한 일부는,

만약 오래 살 수 있다면,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

뇌 질환을 갖게될지도 모릅니다.

이미, 10억명의 사람들은

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

특정 종류의 뇌 질환을 앓아

정상적인 생활이 불가능합니다.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

그 숫자는 공평하지 않습니다.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

이런 질환들 – 정신 분열증, 알츠하이머,

우울증, 중독 –

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

이것들은 우리의 생명만 앗아갈 뿐만 아니라, 우리의 존재조차도 바꿔버립니다.

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

우리의 정체성을 가져가 감정을 바꾸고,

and change who we are as people.

우리를 바꿔놓습니다.

Now, in the 20th century,

20세기에는,

뇌질환들을 치료하기 위한

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

약의 발달로 인해 생긴 희망이 있었습니다.

뇌질환 증상들을 완화시키는 많은 약들이

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

발전되는 동안에도, 실질적으로 어떠한 약도

완전히 치료를 하게 하지는 않습니다.

practically none of them can be considered to be cured.

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

부분적인 이유로는, 우리가 뇌를 화학물에 세척하기 때문입니다.

we're bathing the brain in a chemical --

이 수천가지의

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

다른 세포로 이루어진 정교한 회로는

화학 물질에 세척되고 있습니다.

is being bathed in a substance.

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

아마도 이것이, 시중의 대부분의 약물이 몇가지

심각한 부작용을 동반하는지의 이유일수도 있습니다.

can present some kind of serious side effect too.

몇 사람들은 뇌에 심어진

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

전자 자극장치로부터 위안을 얻기도 합니다.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

파킨슨 병에선,

달팽이관 이식은

These have indeed been able to bring some kind of remedy

이 병을 가진 사람들에게

몇가지 종류의 해결책을

to people with certain kinds of disorders.

가져다주게 되었습니다.

But electricity also will go in all directions --

그러나 전기는 모든 방향으로 작용해,

the path of least resistance --

자기가 왔던,

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

가장 적은 저항의 길로 가게 됩니다.

and will also affect normal circuits,

이것은 정상 회로에 영향을 주고 우리가 고치고자 하는 비정상적인 것도 영향을 줍니다.

as well as the abnormal ones you want to fix.

또다시, 우리는 초정밀 조종의 문제로

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

오게 되었습니다.

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

우리가 보내고 싶어하는 곳으로 정확히 정보를 보낼 수 있을까요?

제가 11년 전에 신경 과학을 시작했을 때,

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

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

전기 공학자와 물리학자로서 훈련 받은 뒤,

the first thing I thought about was,

첫번째로 생각한 것은

if these neurons are electrical devices,

만약 뉴런들이 전기 기기들이라면,

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

우리가 해야할 것은 거리를 두고

전기 변화들을 이용하는 방법을 찾아야 한다는 것이었습니다.

at a distance.

만약 주변은 제외하고, 세포 하나에만

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

전기를 켤 수 있다면,

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

각기 다른 세포들을 활성, 또는 비활성화 시키기 위해 필요한 기능을 얻게 되,

각 세포가 하는 일과 그것들이 속해 있는 네트워크에

to figure out what they do

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

어떻게 영향을 주는지를 알게 될겁니다.

또한 초정밀 조종을 가능하게 해 그동안 빗나갔던

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

회로 계산을 바로잡을 수 있게

to fix the circuit computations that have gone awry.

할 것입니다.

Now, how are we going to do that?

어떻게 이걸 할 수 있을까요?

Well, there are many molecules that exist in nature

자연에는 많은 종류의 분자가 존재하고,

그것들은 빛을 전기로 바꿀 수 있습니다.

which are able to convert light into electricity.

태양 전지같은 작은 단백질이라

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

생각할 수 있죠.

If we install these molecules in neurons somehow,

만약 이런 분자들을 뉴런에 주입할 수 있다면,

then these neurons would become electrically drivable with light,

이 뉴런들을 빛을 이용해 전기로 사용할 수 있을겁니다.

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

이런 분자가 없는 주변 세포들은 그렇지 못하겠죠.

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

이런 것이 일어나기 위해선 다른 비결이 필요한데,

뇌 안으로 빛을 비추게 하는 능력입니다.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

이것을 위해선, 뇌는 고통을 느끼지 못하므로,

Taking advantage of all the effort

인터넷과 통신같은 것으로 투여된

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

노력의 장점을 이용해, 뉴런을 활성시킬 수 있는

you can put optical fibers connected to lasers

레이저가 연결된 광섬유를 넣으면,

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

예를 들어 임상 연구 전에 동물 모델에 말입니다,

뉴런이 무엇을 하는지

these neurons and see what they do.

연구할 수 있습니다.

이것을 어떻게 하느냐?

So how do we do this?

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

2004년 즈음,

게르하르트 나겔과 칼 디저로스의 협력으로,

this vision came to fruition.

이 비전은 결실을 맺었습니다.

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

야생에서 헤엄치는 특정 조류(藻類)가 있는데,

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

이들이 최적으로 광합성하기 위해선

빛을 향해 방향을 찾아야 합니다.

And it senses light with a little eyespot,

빛을 작은 눈구멍으로 감지하지만,

which works not unlike how our eye works.

이 눈은 우리들의 눈과는 다르게 작동됩니다.

In its membrane, or its boundary,

세포막 안, 또는 경계선에는,

it contains little proteins

작은 단백질이 있어

빛을 전기로 변환하게 합니다.

that indeed can convert light into electricity.

이런 분자들은 채널로돕신스 (channelrhodospins) 이라 불립니다.

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

각각의 단백질은 제가 말한 태양 전지처럼 작용합니다.

that I told you about.

파란 빛을 쬐면, 작은 구멍이 열려

When blue light hits it,

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

전기를 띤 입자가 눈구멍으로 들어가게 합니다.

그러면 눈구멍은 전기 신호를 가지게 되 마치

that allows this eyespot to have an electrical signal,

태양 전지가 배터리를 충전하는 것 처럼 됩니다.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

우리가 해야 할 것은 이 분자들을 이용해

뉴런에 설치하는 겁니다.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

왜냐하면 단백질로 이루어진 이상,

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

생물의 DNA에 암호화되 있기 때문입니다.

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

그러니 우리는 그 DNA를 가져가,

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

박테리아같은 유전자 치료의 매개체에 주입한 후,

and put it into neurons.

뉴런안에 주입해야 합니다.

And this was a very productive time in gene therapy,

이 방법은 유전자 치료와, 함께 생겨나는 많은 바이러스 쪽으론

and lots of viruses were coming along,

굉장히 생산적인 때가 되었습니다.

so this turned out to be fairly simple.

굉장히 간편한 방법이 되었구요.

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

2004년 여름, 어느 이른 아침에

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

시도해서, 첫 번째 시도에서 효과를 보았습니다.

DNA를 가지고 뉴런에 주입했습니다.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

뉴런은 원래 있던 단백질 생산 조직을 이용해

to fabricate these little light-sensitive proteins

빛에 민감한 단백질을 생산해,

다른 세포들 모두에 설치했습니다.

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

마치 지붕에 태양 전지판을 놓는것 처럼요.

And the next thing you know,

그 다음엔,

you have a neuron which can be activated with light.

빛에 활성화되는 뉴런이 만들어지게 됩니다.

굉장히 막강하죠.

So this is very powerful.

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

우리가 해야 하는 것은

원하는 세포에 유전자들을 전달할 방법을 찾고

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

주변 세포에는 영향을 끼치지 않게 하는겁니다.

이것을 가능하게 하는 방법은 바이러스들을 조종해

And you can do that;

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

몇가지 세포만 건들게 하는 것이죠.

빛에 반응하는 세포를 얻기 위해

And there's other genetic tricks you can play

할 수 있는 다른 유전적 방법이 있습니다.

in order to get light-activated cells.

이 분야는 광유전학이라고 알려지게 되었죠.

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

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

쉬운 예를 들자면, 복잡한 네트워크를 찾아,

바이러스를 밀집된 네트워크에 있는

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

한 종류의 세포에게

유전자를 전달하는 데에 이용하는 겁니다.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

그 다음 네트워크 전체에 빛을 비추면,

just that cell type will be activated.

유전자가 전달된 세포만 활성될 것입니다.

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

예를 들어, 제가 전에 말한 바구니 세포를 생각해 보세요.

정신 분열증에서 위축되어 있는

the one that's atrophied in schizophrenia

억제 세포말입니다.

and the one that is inhibitory.

만약 유전자를 이 세포들에게 전달할 수 있고,

If we can deliver that gene to these cells --

물론 유전자의 표출로 유전자가 바뀌지 않는 한에서,

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

뇌의 네트워크에 파란 빛을 비춘다면

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

바구니 세포들만 부각될 것입니다.

그리고 빛을 끄면, 이 세포들은 다시 정상적으로 돌아가,

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

빛에 거부반응을 보이지 않겠죠.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

이 연구를 세포들의 기능에만 사용할 수 있을 뿐만 아니라,

what their power is in computing in the brain,

뇌에서 사용되는 능력,

그리고 세포들의 활동과도 연관지을 수 있을겁니다.

you can also use this to try to figure out

세포들이 위축되는 한에서요.

if we could jazz up the activity of these cells

세포들이 위축되는 한에서요.

if indeed, they're atrophied.

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

이 연구를 과학적, 임상적,

그리고 임상 전의 단계 모두에서

both at the scientific clinical and preclinical levels.

어떻게 적용할 수 있는지에 대한 이야기를 할까합니다.

One of the questions that we've confronted is:

저희가 대면했던 질문 중 하나는,

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

뇌 안에서 보상심리를 만드는 신호가 무엇이냐는 것이었습니다.

Because if you could find those,

그 해답을 알게되면,

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

배움을 이끌어내는 신호를 알게 될 수 있기 때문이었죠.

뇌는 무슨 보상을 받던지 계속 할것입니다.

the brain will do more of what got that reward.

그리고 중독같은 질환에선 빗나가는 신호들이 존재합니다.

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

그러니 그 세포들이 무엇인지 알 수 있다면,

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

우리는 새 목표를 찾아

어떤 약을 제작하거나 가려낼 수 있는지,

for which drugs can be designed or screened against

아니면 심각한 장애를 가진 사람들을 위해

or maybe places where electrodes could be put in

전극을 놓을 수 있는 곳에 사용할 수 있을겁니다.

for people who have severe disability.

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

이런것을 위해, 저희는 피오렐라 그룹과의 협력으로

간단한 패러다임을 만들었는데,

in collaboration with the Fiorillo group,

이 작은 박스 중 한 곳에,

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

동물이 가게 된다면, 그 동물은 빛의 파동을 받아

it gets a pulse of light.

각기 다른 뇌세포가 빛에 민감해지게 되는 것입니다.

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

그 세포들은 보상을 조정해,

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

그 동물은 계속 그 곳으로 향할겁니다.

이것이 패러다임의 핵심입니다.

And that's what happens.

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

이 동물은 오른쪽으로 간 뒤 코를 내밀 것이고,

그 때마다 파란빛을 받게 될 것입니다.

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

이 과정을 수백번 할 겁니다.

He'll do that hundreds of times.

도파민 뉴런이란 것이 있는데,

These are the dopamine neurons,

여기 계신 분 중 몇분께선 뇌의 쾌락중추에 관해 들어보신 적이 있을겁니다.

in some of the pleasure centers in the brain.

그동안 저희가 이 짧은 활성화로

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

배움을 이끌어내기 충분하다는 것을 보여드렸죠.

이제 이것을 보편화할 수 있습니다.

Now we can generalize the idea.

뇌의 한 부분 대신,

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

우리는 뇌에 자리잡는 기기를 고안해,

3차원 패턴으로 빛을 전달하게 할 수 있습니다.

that can deliver light into three-dimensional patterns --

즉, 광섬유 배열로 된,

arrays of optical fibers,

각각이 독자적인 축소된 빛의 근원으로 연결된 패턴말입니다.

each coupled to its own independent miniature light source.

그리고 접시에서만 해왔던 것들을

Then we can try to do things in vivo

체내에서 실험해,

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

뇌 전체에 걸쳐 특정 일을 야기하는 신호를 위해

검사하는 높은 처리량 같은 것을 할 수 있습니다.

for the signals that can cause certain things to happen

아니면 이런 것은 뇌질환을 위한 좋은

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

임상 대상이 될 수도 있습니다.

제가 말하고픈 다른 것은

One story I want to tell you about is:

우리가 어떻게 외상 후 스트레스를 치료하기 위한 타겟을 찾는가 입니다.

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

그 질환은 억제되지 않는 불안과 공포를 가지고있죠.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

저희가 한 것 중 하나는

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

공포의 고전적인 사례를 택하는 것이었습니다.

This goes back to the Pavlovian days.

파블로브 시대로 되돌아가죠.

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

파블로브 공포 조건화라고 불립니다.

신호음이 짧은 자극으로 끝나는 것입니다.

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

이 자극은 고통스럽진 않지만 성가시죠.

그리고 시간이 지나면서—이 상황에선,

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

보통 이런 실험을 할 때 좋은 모델이 되는 쥐가 –

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

신호음에 공포를 느끼게 됩니다.

the animal learns to fear the tone.

쥐는 몸이 얼어붙는 반응을 보일겁니다.

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

전조등 앞에 선 사슴처럼요.

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

여기서 생기는 질문은, 뇌에 어떤 타겟을 찾아서

that allow us to overcome this fear?

이런 공포를 극복하게 할까입니다.

그래서 저희는 그 신호음을,

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

공포를 느끼게 한 후 다시 사용했습니다.

그러나 이번엔 제가 아까 말씀드린

But we activate different targets in the brain,

광섬유 배열을 사용해, 다른 종류의 뇌에 타겟을 활성화시킨 뒤,

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

어떤 타겟이 뇌가 공포를 받았던 기억으로부터

in order to try and figure out

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

극복하게 하는지를 찾아보았습니다.

이 짧은 비디오는

This brief video shows you one of these targets

저희가 현재 작업하는 타겟 중 하나를 보여줍니다.

that we're working on now.

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

이는 전두엽 피질 안 부분으로,

이 부분은 우리가 인식을 사용해 혐오적 감정상태를 극복하려하는 곳입니다.

to try to overcome aversive emotional states.

동물이 신호음을 듣게될 것이고, 섬광이 저기서 일어나지요.

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

소리는 안나지만, 동물이 굳어버리는 것을 보실 수 있습니다.

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

이 신호음은 안좋은 소식을 의미했습니다.

the tone used to mean bad news.

아래에 왼쪽 모서리에 작은 시계가 있는데,

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

저 쥐가 2분동안 이랬다는 것을 알 수 있습니다.

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

다음 클립은 8분후 입니다.

This next clip is just eight minutes later.

다음 클립은 8분후 입니다.

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

같은 신호음이 울릴 것이고, 빛이 다시 비춰질 겁니다.

오케이, 시작합니다. 바로 지금요.

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

보시다시피, 이 실험의 10분동안,

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

저희가 쥐의 뇌를 광활성화 시킴으로써

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

공포의 기억을 극복하도록 해놓았습니다.

to overcome the expression of this fear memory.

공포의 기억을 극복하도록 해놓았습니다.

지난 몇년간, 저희는 생명나무(tree of life)로 되돌아가,

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

뇌의 회로를 끄는 방법을 찾고자 했습니다.

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

만약 이것이 가능하다면, 효과가 막강할 것이기 때문입니다.

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

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

만약 1초, 또는1000분의 1초간 세포를 제거할 수 있다면,

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

그것이 회로에서 하는 일이

무엇인지 알아낼 수 있을 겁니다.

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

그리고 저희는 모든 생명나무에 걸친 생물들을 조사해왔습니다.

우리가 약간 다르게 보는, 동물을 제외한 삶의 모든 종류를 말입니다.

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

그리고 모든 종류의 분자들이, 할로로도스핀스 (halorhodopsins) 또는 아카데로도흐신스 (archaerhodopsins) 이라 합니다,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

초록색과 노란색 불에 반응한다는 것을 알게되었습니다.

that respond to green and yellow light.

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

그런 분자들은 제가 아까 언급한 파란 불빛의 활성체인

채널로돕신 (channelrhodopsin) 과는 다르게 작용합니다.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

이것에 관한 예를 말해보겠습니다.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

간질과 같이, 뇌가 과도하게 활동적인 상황을

where the brain is overactive.

생각해 보십시오.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

만약 약물이 간질 치료를 하지 못한다면,

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

대안 중 하나는 뇌를 부분적으로 제거하는 것입니다.

하지만 이것은 되돌릴 수 없고, 부작용을 동반할 수도 있습니다.

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

만약 우리가 아주 잠깐동안 뇌를 정지시켜,

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

발작이 멈추게 될때까지만,

until the seizure dies away,

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

뇌를 초기의 상태로 되돌리게 한다면 어떨까요?

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

꼭 안정적인 상태로 되는 역학적인 시스템처럼요.

이 애니메이션은 저 세포들이 불을 끔에 따라

This animation tries to explain this concept

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

민감해지고, 다시 빛을 쬐면, 그동안

저희가 끄길 원하는

and we beam light in,

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

발작도 멈춰지게 된다는

개념을 설명하기 위함입니다.

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

비록 여기서 보여드릴 수 있는 자료는 없지만,

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

저희는 굉장히 흥분된 상태입니다.

but we're very excited about this.

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

이야기 하나로 마무리를 지으려 하는데,

다른 가능성에 관한 것입니다.

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

만약 저희가 분자들을 초정밀 조종하는게 가능하다면,

분자들을 뇌 안에서 빛을 이용한

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

인공 기관 종류로 사용할 수 있을지도 모른다는 것입니다.

an optical prosthetic.

제가 이미 전자 자극장치는 흔한게 아니라는 걸 언급했지요.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

7만 5천명의 파킨슨병 환자들은 뇌속 깊숙히 자극장치가 심어져있습니다.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

어쩌면 10만명의 사람들이 듣는것을 가능하게 하는

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

달팽이관 이식수술을 했을겁니다.

다른 사실 하나는, 우리가 이 유전자를 세포안으로 주입해야 한다는겁니다.

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

그리고 유전자 치료에서의 시로운 희망이 점차로 발전했든데

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

분비선 관련 바이러스들은,

아마 이 장소에 있는 우리중 대부분이 가지고 있을것이기도 하고,

which probably most of us around this room have;

아무 증상도 동반하지 않기 때문에,

it doesn't have any symptoms --

수백명의 환자의 몸 또는 뇌 속으로

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

유전자를 전달하는 데 사용되었습니다.

And so far, there have not been serious adverse events

그리고 지금까지는, 이 바이러스 관련 부정적 사건들은

한번도 일어나지 않고있습니다.

associated with the virus.

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

마지막으로 이 장에서 가장 중요한 문제는, 조류와 박테리아,

which come from algae, bacteria and funguses

곰팡이로부터 온 단백질자체들은

and all over the tree of life.

생명나무 전체에 있습니다.

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

우리 중 대부분은 뇌에 곰팡이나 조류는 없지만,

만약 그런 것을 뇌에 주입하면 어떻게 될까요?

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

세포들이 견뎌낼까요? 면역체계가 반응할까요?

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

예전엔, 사람에게 이런 것이 행해지지 않았지만,

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

지금 저희는 다양한 연구를 하고있고

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

조사중입니다.

지금까지 분자들이나 뇌를 빛에 쬤을 때

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

격한 반응은

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

저희가 분명하게 발견하지 못했습니다.

예전 이지만, 솔직히, 저희는 들뜬 상태입니다.

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

한가지 얘기만 더하겠습니다.

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

저희는 이것이 잠재적으로

임상적 기능이 될거라 생각합니다.

Now, there are many forms of blindness

맹목엔 여러 형태가 있는데,

빛을 감지하는 광수용체가

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

우리의 눈 뒤에 있거나 없어지는 것일 겁니다.

are gone.

And the retina is a complex structure.

물론 망막은 복잡한 구조로 되어있습니다.

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

이 부분을 확대해서, 그걸 더 자세히 볼 수 있도록 하겠습니다.

광수용체 세포들은 윗부분에 있는데,

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

그 다음에는 광수용체들에 의해 감지된 신호들이 다양한 계산을 통해

형태를 변형해, 밑에서 세포층인,

via various computations

신경절 세포층이 마침내

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

우리가 인식하도록 하는 뇌로

relay the information to the brain,

정보를 보내어 교체하도록 합니다.

where we see that as perception.

색소성 망막염이나

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

시력감퇴와 같은 많은 형태의 맹목은

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

광수용체 세포들이 위축되 있거나 손상되 있습니다.

Now, how could you repair this?

이것을 어떻게 고칠까요?

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

약물이 이런 증상을 회복시킨다는것도 확실하지 않는데요,

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

약물이 묶여있을 만한 것이 없기 때문입니다.

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

반면에, 빛은 여전히 눈속으로 들어갈 수 있지요.

빛은 여전히 투명해서 사람들은 그걸 안으로 들여보낼 수 있습니다.

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

그래서 만약 우리가 그냥 이 채널로돕신 (channelrhodopsins) 과 다른 분자들을 취해서

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

남는 다른 세포들에 놓아 이들을 설치시켜서

and install them on some of these other spared cells

카메라처럼 바꿀수 있다면 어떨까요.

and convert them into little cameras?

눈 안에는 너무나도 많은 세포가 있기 때문에,

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

잠재적으로 그들은 고화질 카메라가 될 수 있습니다.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

이것이 저희가 하고있는 작업입니다.

This is some work that we're doing,

저희와 공동 연구하는 USC의

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

앨런 홀새거씨가 감독하고 있고,

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

NIH에서 자금을 받아 창업 회사인 이오스 뉴로사이언스 (Eos Neuroscience) 가

상업화하려 하고 있습니다.

which is funded by the NIH.

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

보시는 것은 쥐가 미로를 탈출하려 하는 장면입니다.

6방향 미로입니다. 미로엔 약간의 물이 있어

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

쥐를 움직이게 합니다. 아니면 쥐는 그냥 앉아있겠죠.

물론, 미로 끝에는 물에서 나갈 수 있어

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

위에 빛나는 포트 밑에 있는

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

작은 플랫폼으로 갈 수 있습니다.

쥐는 똑똑해서, 결국 미로를 나가게 되겠지만,

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

but he does a brute-force search.

동물적으로 조사를 합니다.

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

모든 길을 일일히 헤엄쳐 플랫폼까지 가게 되지요.

He's not using vision to do it.

그는 시력을 사용해서 그걸 하지는 않진 않는거죠.

These different mice are different mutations

이 다른 쥐는 돌연변이인데,

사람에게 영향을 미치는 맹목과는 다른 종류를 나타냅니다.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

저희는 이 다른 모델을 조심스레 연구해,

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

보편화된 접근에 이르게 되었습니다.

so we come up with a generalized approach.

어떻게 이것을 해결하느냐?

So how can we solve this?

그 전 슬라이드에서 보인 것과 같게 하겠습니다.

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

이 푸른빛 감광장치를 이용해

We'll take these blue light photo sensors

눈 뒤에 위치한 망막의

and install them onto a layer of cells

중앙에 있는 세포막에 놓아

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

and convert them into a camera --

카메라로 바꾸어 놓을 겁니다.

just like installing solar cells all over those neurons

뉴런들을 빛에 반응하게 만들기 위해

태양 전지를 설치하듯이 말이지요.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

그들로 인해 빛은 전기로 바뀝니다.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

이 쥐는 실험 전 몇주간 눈이 보이지 않았고

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

바이러스 안에 넣어둔 빛에 민감한 분자들을 주입받았습니다.

이제 보시다시피, 쥐는 벽을 피하게 되었고

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

작은 플랫폼으로 가 자신의

and go to this little platform

눈을 다시 의식적으로 사용하게 되었습니다.

and make cognitive use of its eyes again.

이것의 강점을 말하자면,

And to point out the power of this:

이 동물들은 그들이 살아오며 본 동물들만큼이나

these animals can get to that platform

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

플랫폼에 빠르게 도달할 수 있다는 겁니다.

임상 전 연구는, 제 생각엔,

So this preclinical study, I think, bodes hope

우리가 미래에 바라는 것의

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

좋은 징조가 될 것 같습니다.

결론적으로, 제가 말하고 싶은 것은 저희는 신경 기술의

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

새로운 분야를 위해 새로운 일을 찾고 있기도 합니다.

여러 도구들을 개발하고 있지만,

We're developing tools and sharing them freely

전세계의 여러 그룹과 무료로 공유해, 갖가지 다른 질병을

with hundreds of groups all over the world

연구하고 치료하려 하고자 합니다.

for them to study and try to treat different disorders.

저희의 희망은, 뇌 회로를 저희가 치료하고

Our hope is that by figuring out brain circuits

제작하는 단계에서 알아내,

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

제가 언급했던 다루기 힘든 질병들,

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

실질적으로 치료할 수 없는 병들을 가지고,

practically none of which are cured,

21세기엔 그것들을 과거로 만들어버리겠다는 것입니다.

and in the 21st century, make them history.

감사합니다!

Thank you.

(Applause)

(박수)

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

후안 엔리퀘즈: 이것들중 몇가지는 좀 난해하군요.

(Laughter)

(웃음)

그러나

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

약대신 빛으로 발작이나 간질을 조정하는것이

with light instead of drugs

가능하다는 것과

and being able to target those specifically

그것들만을 특정하게 타겟으로 잡을 수 있다는

is a first step.

암시는 첫번째 단계입니다.

The second thing that I think I heard you say

제 생각에 제가 말을 들은 두번째는 이제 뇌를

is you can now control the brain in two colors,

두가지 색으로 조종할 수 있다는 것 같은데요.

켜고 끄는 스위치처럼요.

like an on-off switch.

에드 보이덴: 맞습니다.

Ed Boyden: That's right.

후안: 그리고 모든 자극은 뇌 속으로 2진 부호로 들어가겠구요.

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

에드: 맞습니다. 그래요.

EB: Right.

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

파란 빛으로, 우리는 정보를 얻을 수 있고, 1의 형태로 있게되죠.

더 부드럽게 바꾸면, 아마 0 이 되겠지요.

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

그러니 저희의 희망은 결국 뇌의 보조 처리기를 만들어

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

뇌와 함께 작동해,

장애를 가진 사람들에게 기능을 더하는 겁니다.

so we can augment functions in people with disabilities.

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

후안: 그리고 이론으론,

쥐가 느끼고, 냄새를 맡고,

듣고, 만지게 되면서,

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

당신이 그걸 1과 0의 열로 만들 수 있다는 것이죠.

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

에드: 물론입니다. 저희는 이것을 어떤 신경 코드가

특정한 행동과 생각, 감정을 유발시키는지를

what neural codes can drive certain behaviors

테스트하는 방법으로 사용해,

and certain thoughts and certain feelings

뇌를 좀 더 이해할 수 있게 희망을 걸고 있습니다.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

후안: 그럼 언젠간 기억을 다운로드해서,

and maybe upload them?

또 업로드 할 수 있다는 소리인가요?

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

에드: 음. 그건 저희가 지금 열심히 일하기 시작하고 있는 분야랍니다.

저희는 현재 요소들을 녹음하는 것과 더불어

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

뇌를 타일링하는 작업을 시도하고 있기도 합니다.

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

그래서 정보를 기록하고 다시 빼낼 수 있게 말입니다.

sort of computing what the brain needs

마치 뇌의 정보 과정을 증가시키기 위해 뇌가

in order to augment its information processing.

무엇을 필요로 하는지 계산하는 것 처럼 말이지요.

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

후안: 흠, 그건 몇가지를 바꾸겠군요. 감사합니다. (에드: 감사합니다.)

EB: Thank you.

(짝짝짝)

(Applause)