Ed Boyden: A light switch for neurons

Translator: Laura T. Reviewer: Kristaps Kadiķis

Brīdi padomājiet par jūsu dienu.

Think about your day for a second.

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

Jūs pamodāties, sajutāt uz savas sejas svaigu gaisu, kad izgājāt pa durvīm,

encountered new colleagues and had great discussions

satikāt jaunus kolēģus un piedalījāties lieliskās diskusijās,

un bijāt izbrīnīti, kad atklājāt kaut ko jaunu.

and felt in awe when you found something new.

Bet es varu derēt, ka ir kaut kas, par ko jūs šodien nedomājāt --

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

kaut kas tik tuvs mājām,

something so close to home,

ka jūs droši vien vispār par to bieži nedomājat.

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

Un tas ir - visas sajūtas, emocijas,

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

lēmumi un darbības

ir datora, kurš atrodas jūsu galvā, pārraidītas;

are mediated by the computer in your head

to sauc par smadzenēm.

called your brain.

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

Smadzenes no ārpuses var izskatīties kā nekas īpašs --

dažas mārciņas rozīgi pelēkas gaļas,

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

bezveidīgas --

amorphous.

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

bet pēdējie simts neirozinātnes gadi

ir ļāvuši mums sīki izpētīt smadzenes,

and to see the intricacy of what lies within.

un redzēt sarežģīto, kas atrodas tajās.

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

Un tie mums ir parādījuši, ka smadzenes

ir neticami sarežģīta shēma,

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

veidota no simtiem miljardiem šūnu, sauktām par neironiem.

Now, unlike a human-designed computer,

Pretēji cilvēku izgudrotam datoram,

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

kurā ir diezgan maz atšķirīgu daļu --

mēs zinām, kā tās darbojas, jo mēs, cilvēki, tās izgudrojām --

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

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

smadzenes ir veidotas no tūkstošiem atšķirīgu šūnu veidiem,

varbūt pat desmitiem tūkstošu.

maybe tens of thousands.

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

Tās ir dažādas formas; tās ir veidotas no dažādām molekulām;

un tās projicējas un savieno atšķirīgus smadzeņu rajonus.

they project and connect to different brain regions.

Un tās arī dažādi mainās atšķirīgos slimību stāvokļos.

They also change in different ways in different disease states.

Padarīsim to konkrētāku.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Ir šūnu klase,

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

diezgan maza šūna, inhibitorā šūna, kura "apklusina" tās kaimiņus.

Tā ir viena no šūnām, kas, šķiet, ir atrofējusies tādos gadījumos kā šizofrēnija.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

To sauc par groza šūnu.

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

Un šī šūna ir viena no tūkstošiem šūnu veidu,

par ko mēs mācāmies.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

Katru dienu tiek atklātas arvien jaunas.

Otrs piemērs:

As just a second example:

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

šīs piramidālās šūnas, lielās šūnas,

tās var aptvert nozīmīgu smadzeņu daļu.

of the brain.

Tās ir kairināmas.

They're excitatory.

Un šīs ir dažas no šūnām,

And these are some of the cells that might be overactive

kas var būt pārāk aktīvas tādu traucējumu gadījumos kā, piemēram, epilepsija.

in disorders such as epilepsy.

Ikviena no šīm šūnām

Every one of these cells is an incredible electrical device.

ir neticama elektriska ierīce.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Tās saņem stimulu no tūkstošiem augstāk esošiem partneriem

un izveido pašas savus elektriskos impulsus,

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

kuri tad, ja tie nokļūs pāri noteiktai robežai,

tiks vadīti pie tūkstošiem zemāk esošiem partneriem.

will go to thousands of downstream partners.

Un šis process, kurš ilgst tikai apmēram milisekundi,

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

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

notiek tūkstošiem reižu minūtē

ikvienā no jūsu 100 miljardiem šūnu,

as long as you live and think and feel.

tik ilgi, kamēr jūs dzīvojat,

un domājat un jūtat.

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

Tātad, kā mēs noskaidrosim, ko šis riņķojums dara?

Ideāli mēs varētu iet cauri riņķojumam

Ideally, we could go through this circuit

un ieslēgt un izslēgt šos dažādos šūnu veidus

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

un redzēt, vai mēs varam noskaidrot,

which ones contribute to certain functions

kuras veicina noteiktas funkcijas

and which ones go wrong in certain pathologies.

un kuras nedarbojas pareizi pie noteiktām patoloģijām.

Ja mēs varētu aktivēt šūnas, mēs varētu redzēt, kādus spēkus tās var atbrīvot,

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

ko tās var ierosināt un ko stiprināt.

what they can initiate and sustain.

Ja mēs tās varētu izslēgt,

If we could turn them off,

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

tad mēs varētu mēģināt izdomāt, kāpēc tās ir vajadzīgas.

Un tas ir stāsts, ko es jums šodien pastāstīšu.

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

Un, kad mēs esam izgājuši cauri pēdējiem 11 gadiem,

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

ar mēģinājumu palīdzību cenšoties atrast veidus

through an attempt to find ways

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

kā smadzeņu riņķojumus un šūnas, un daļas, un ceļus slēgt

iekšā un ārā,

on and off,

gan, lai saprastu zinātni

both to understand the science

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

gan arī, lai pretstatītu dažus jautājumus,

ar ko saskaramies mēs visi kā cilvēki.

Now, before I tell you about the technology,

Tagad, pirms es stāstu jums par tehnoloģiju,

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

sliktās ziņas ir, ka lielai daļai no mums šajā telpā,

ja mēs pietiekami ilgi dzīvosim,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

būs, iespējams, smadzeņu traucējumi.

Jau tagad miljardiem cilvēku

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

ir bijis kāds smadzeņu traucējumu veids,

kas viņus padara nespējīgus.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

Lai arī skaitļi nav diez ko precīzi.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Šie traucējumi -- šizofrēnija, Alcheimera slimība,

depresija, atkarība --

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

tie ne tikai nozog mūsu dzīves laiku, tie arī izmaina to, kas mēs esam;

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

tie paņem mūsu identitāti un izmaina mūsu emocijas --

and change who we are as people.

un maina to, kas mēs esam kā cilvēki.

Now, in the 20th century,

20. gadsimtā

bija neliela cerība, kura veidojās,

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

attīstoties farmaceitiskajiem līdzekļiem smadzeņu traucējumu ārstēšanai.

Un, kaut arī ir tikušas izgudrotas daudzas zāles,

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

kuras spēj atvieglot smadzeņu traucējumu simptomus,

praktiski neviens no tiem nevar tikt uzskatīts par ārstējamu.

practically none of them can be considered to be cured.

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

Un tā ir daļēji tādēļ, ka mēs "peldinām" smadzenes ķimikālijās.

we're bathing the brain in a chemical --

Šis sarežģītais riņķojums,

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

kas sastāv no tūkstošiem dažāda veida šūnu,

tiek izmērcēts dažādas vielās.

is being bathed in a substance.

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

Tas ir arī tāpēc, ka, iespējams, vairums pieejamo zāļu

var arī izraisīt nopietnus blakusefektus.

can present some kind of serious side effect too.

Šobrīd daži cilvēki ir ieguvuši nelielu mierinājumu

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

no elektriskajiem stimulatoriem, kas ir ievietoti smadzenēs.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

Un Parkinsona slimības gadījumā,

auss gliemeža implanti

These have indeed been able to bring some kind of remedy

ir patiešām spējīgi

sniegt atvieglojumu

to people with certain kinds of disorders.

cilvēkiem ar noteiktiem slimības veidiem.

But electricity also will go in all directions --

Bet elektrība arī ies visos virzienos --

the path of least resistance --

vismazākās pretestības ceļš,

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

no kurienes šī frāze arī cēlusies.

and will also affect normal circuits,

Un tas arī ietekmēs kā normālus, tā arī nenormālus riņkojumus, kurus jūs vēlaties salabot.

as well as the abnormal ones you want to fix.

Tā nu atkal mēs esam nonākuši atpakaļ pie idejas

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

par ļoti precīzu kontroli.

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

Vai mēs varētu ievietot informāciju precīzi, kur mēs to vēlētos?

Kad pirms 11 gadiem es sāku nodarboties ar neirozinātni,

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

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

es biju mācījies par elektrisko inženieri un fiziķi,

the first thing I thought about was,

un pirmā lieta, par ko es domāju, bija,

if these neurons are electrical devices,

ja šie neironi ir elektriskas ierīces,

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

viss, kas mums jādara, ir jāatrod kāds veids,

kā vadīt šīs elektriskās pārmaiņas no attāluma.

at a distance.

Ja mēs varētu ieslēgt šūnā elektrību,

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

bet ne tās kaimiņos,

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

tas mums dotu instrumentu, kas vajadzīgs, lai aktivētu un "izslēgtu" šīs dažādās šūnas,

izspriestu, ko tās dara un ko tās dod

to figure out what they do

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

tīkliem, kuros ir iesaistītas.

Un tas arī mums ļautu ļoti precīzi kontrolēt, kas mums vajadzīgs,

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

lai salabotu cikla aprēķinus,

to fix the circuit computations that have gone awry.

kas aizgājuši nepareizi.

Now, how are we going to do that?

Kā mēs to panāksim?

Well, there are many molecules that exist in nature

Ir daudzas dabā pastāvošas molekulas,

kuras ir spējīgas pārvērst gaismu elektrībā.

which are able to convert light into electricity.

Jūs par tām varat domāt kā par maziem proteīniem,

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

kas ir kā saules baterijas.

If we install these molecules in neurons somehow,

Ja mēs varētu ievietot šīs molekulas kaut kādā veidā neironos,

then these neurons would become electrically drivable with light,

tad šie neironi kļūtu elektriski vadāmi ar gaismu.

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

Un to kaimiņi, kuriem nav šīs molekulas, nekļūtu.

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

Ir vēl viens burvju triks, kas vajadzīgs, lai tas viss kļūtu iespējams,

un tā ir spēja nogādāt gaismu smadzenēs.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

Un, lai to izdarītu -- smadzenes nejūt sāpes -- jūs varat ievietot --

Taking advantage of all the effort

izmantojot priekšrocību,

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

kāda ir internetam un sakariem un tā tālāk --

you can put optical fibers connected to lasers

optiskās šķiedras, kas savienotas ar lāzeriem,

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

kuras jūs varat izmantot, lai aktivētu, piemēram, dzīvnieku modeļos,

pirmsklīniskajos pētījumos,

these neurons and see what they do.

šos neironus un redzētu, ko tie dara.

Kā mēs to darām?

So how do we do this?

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

Ap 2004. gadu,

sadarbībā ar Gerhardu Nagelu un Karlu Deiserotu

this vision came to fruition.

šī vīzija piepildījās.

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

Ir zināma aļģe, kas peld savvaļā,

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

un tai ir jāpārvietojas uz gaismas pusi,

lai tā optimāli varētu veiktu fotosintēzi.

And it senses light with a little eyespot,

Un tā sajūt gaismu ar mazu acs laukumu,

which works not unlike how our eye works.

kurš nedarbojas tā, kā mūsu acis.

In its membrane, or its boundary,

Tās membrānā vai tās robežslānī

it contains little proteins

tā satur nelielas proteīnus,

kas patiešām spēj pārveidot gaismu elektrībā.

that indeed can convert light into electricity.

Šīs molekulas sauc par kanāla rodopsīniem.

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

Un katrs no šiem proteīniem darbojas tāpat, kā saules baterija, par ko jums stāstīju.

that I told you about.

Kad to sasniedz zila gaisma, tā atver nelielu caurumiņu

When blue light hits it,

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

un atļauj uzlādētām daļiņām ieiet acs laukumā.

Un tas atļauj acs laukumam veidot elektrisku signālu,

that allows this eyespot to have an electrical signal,

tāpat kā saules baterijai uzlādēt bateriju.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

Tas, kas mums jādara, ir jāpaņem šīs molekulas

un kaut kādā veidā jāievieto tās neironos.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

Un tāpēc, ka tā ir proteīns,

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

tā ir kodēta priekš atrašanās šī organisma DNS.

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

Viss, kas mums jādara, ir jāpaņem šis DNS,

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

jāievieto tas gēnu terapijas vektorā, tāpat kā vīrusu,

and put it into neurons.

un jāievieto tas neironos.

And this was a very productive time in gene therapy,

Tā nu iznāk, ka šis ir bijis ļoti ražīgs laiks gēnu terapijā,

and lots of viruses were coming along,

ir tikuši atklāti daudzi vīrusi.

so this turned out to be fairly simple.

Tad sanāk, ka ir ļoti viegli to izdarīt.

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

2004. gada kādā vasaras dienā agri no rīta

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

mēs mēģinājām un tas izdevās pirmajā mēģinājumā.

Jūs paņemat DNS un ievietojat to neironā.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

Neirons izmanto savu dabisko olbaltumvielu veidošanas mehānismu,

to fabricate these little light-sensitive proteins

lai izveidotu šos mazos gaismas jutīgos proteīnus

un ievietotu tos viscaur šūnā,

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

tāpat kā novietotu saules paneļus uz jumta.

And the next thing you know,

Un nākamā lieta,

you have a neuron which can be activated with light.

jums ir neirons, kurš var tikt aktivēts ar gaismu.

Tas ir ļoti spēcīgs.

So this is very powerful.

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

Viens no trikiem, kas jums jādara,

ir jāsaprot, kā nogādāt šos gēnus uz tām šūnām, kurām jūs vēlaties,

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

bet ne citiem kaimiņiem.

Un jūs to varat izdarīt; jūs varat saspiest vīrusus,

And you can do that;

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

lai tie trāpa tikai dažas šūnas un ne citas.

Un ir citi ģenētiski triki, kurus varat veikt,

And there's other genetic tricks you can play

lai iegūtu gaismas aktivētas šūnas.

in order to get light-activated cells.

Šis lauciņš ir kļuvis tagad zināms kā optoģenētika.

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

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

Un kā viens piemērs, ko varam darīt ir,

ka jūs varat paņemt kompleksu tīklu,

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

izmantot vienu no šiem vīrusiem, lai nogādātu gēnu

tikai uz viena veida šūnām šajā blīvajā tīklā.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

Un tad, kad jūs ieslēdzat gaismu visā tīklā,

just that cell type will be activated.

tikai šis šūnu veids tiks aktivēts.

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

Tā, piemēram, parunāsim par groza šūnu, par kuru jums stāstīju pirms brīža --

to, kas šizofrēnijas gadījumā atrofējas

the one that's atrophied in schizophrenia

un kura ir inhibējama.

and the one that is inhibitory.

Ja mēs varam nogādāt gēnu šīm šūnām --

If we can deliver that gene to these cells --

un tās netiks gēna izpausmes pārveidotas, protams, --

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

un tad apgaismosim visu smadzeņu tīklu ar zilu gaismu,

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

tikai šīs šūnas būs vadāmas.

Un, kad gaisma izslēgsies, šīs šūnas atgriezīsies normālā stāvoklī,

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

tās nebūs pret to.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

Jūs ne tikai varat to izmantot, lai izpētītu, ko šīs šūnas dara,

what their power is in computing in the brain,

kāds ir to spēks smadzenēs,

bet jūs arī varat to izmantot, lai saprastu --

you can also use this to try to figure out

iespējams, mēs varam palielināt šo šūnu aktivitāti,

if we could jazz up the activity of these cells

ja tās ir atrofējušās.

if indeed, they're atrophied.

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

Tagad es vēlos jums pastāstīt pāris īsus stāstus

par to, kā mēs to izmantojam

both at the scientific clinical and preclinical levels.

gan zinātniskajā, gan klīniskajā un pirmsklīniskajā līmenī.

One of the questions that we've confronted is:

Viens no jautājumiem, ar ko esam saskārušies,

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

ir, kādi ir signāli smadzenēs, kas pārraida atalgojuma sajūtu?

Because if you could find those,

Jo, ja jūs varat tos atrast,

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

tie var būt daži no signāliem, kas var sekmēt mācīšanos.

Smadzenes darīs visu, lai iegūtu šo atalgojumu.

the brain will do more of what got that reward.

Un tie ir arī signāli, kas ir nepareizi traucējumu, kā, piemēram, atkarību, gadījumos.

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

Ja mēs varētu izspriest, kas tās ir par šūnām,

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

mēs, iespējams, varētu atrast jaunus mērķus,

pret kuriem varētu tikt izgudrotas vai pārbaudītas zāles,

for which drugs can be designed or screened against

vai varbūt vietas, kurās varētu tikt ievietoti elektrodi

or maybe places where electrodes could be put in

cilvēkiem, kuriem ir ļoti smaga invaliditāte.

for people who have severe disability.

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

Lai to izdarītu, mēs nonācām pie ļoti vienkārša piemēra

sadarbībā ar Fiorella grupu,

in collaboration with the Fiorillo group,

kur vienā mazās kastītes pusē,

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

ja dzīvnieks pieiet pie tās, viņš saņem gaismas impulsu,

it gets a pulse of light.

lai padarītu dažādas smadzeņu šūnas jutīgas pret gaismu.

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

Ja šīs šūnas spēj dot atbildes reakciju,

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

dzīvniekam vajadzētu iet tur vēl un vēl.

Un tas ir tas, kas notiek.

And that's what happens.

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

Šis dzīvnieks iet uz labo pusi un pabāž savu degunu tur,

un katru reizi, kad viņš to izdara, saņem zilas gaismas uzliesmojumu.

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

Un viņš to darīs simtiem reižu.

He'll do that hundreds of times.

Šie ir dopamīna neironi,

These are the dopamine neurons,

par kuriem daži no jums varētu būt dzirdējuši, dažos smadzeņu baudas centros.

in some of the pleasure centers in the brain.

Mēs esam parādījuši, ka neliela to aktivācija

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

ir pietiekama, lai veicinātu mācīšanos.

Tagad mēs varam vispārināt ideju.

Now we can generalize the idea.

Tā vietā, lai tikai vienā smadzeņu punktā,

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

mēs varam izgudrot ierīces, kas aptver visas smadzenes,

kuras var nogādāt gaismu trīsdimensionālos modeļos --

that can deliver light into three-dimensional patterns --

optisko šķiedru rindās,

arrays of optical fibers,

kur katra no tām savienota ar neatkarīgu mazu gaismas avotu.

each coupled to its own independent miniature light source.

Un tad mēs varam mēģināt izdarīt lietas organisma iekšienē,

Then we can try to do things in vivo

kas līdz šodienai ir darīts tikai ārpus tā --

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

kā augstas caurspiešanās spējas caurskate cauri visām smadzenēm,

lai atrastu signālus, kas var būt par cēloni noteiktām lietām.

for the signals that can cause certain things to happen

Vai arī tie varētu būt labi klīniskie objekti,

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

lai ārstētu smadzeņu slimības.

Un viens stāsts, ko vēlos jums pastāstīt,

One story I want to tell you about is:

ir, kā mēs atrodam objektus, lai ārstētu pēctraumatiskā stresa sindromu --

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

tas ir nekontrolēta nemiera un baiļu forma.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

Un viena no lietām, ko mēs darījām,

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

bija pieņemt ļoti klasisku baiļu modeli.

This goes back to the Pavlovian days.

Ir jāatgriežas Pavlova dienās.

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

To sauc par Pavlova baiļu noteikšanu --

kur signāls beidzas ar neilgu šoku.

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

Šoks nav sāpīgs, bet tas ir nedaudz nepatīkams.

Un visos laikos -- šajā gadījumā pele,

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

kura ir labs dzīvnieka objekts, bieži izmantota šādos eksperimentos --

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

dzīvnieks iemācās baidīties no signāla.

the animal learns to fear the tone.

Dzīvnieks reaģēs uz to sastingstot,

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

līdzīgi kā briedis, redzot mašīnas gaismas.

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

Tagad jautājums ir, kādus modeļus smadzenēs mēs varam atrast,

that allow us to overcome this fear?

kas ļauj mums pārvarēt šīs bailes?

Tas, ko mēs darām, ir, ka mēs atskaņojam šo skaņu vēlreiz,

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

pēc tam, kad tā bijusi saistīta ar bailēm.

Bet mēs aktivējam dažādus modeļus smadzenēs,

But we activate different targets in the brain,

izmantojot optisko šķiedru rindu, par ko jums stāstīju iepriekšējā slīdā,

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

lai tādā veidā noskaidrotu, kuri modeļi

in order to try and figure out

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

var izraisīt to, ka smadzenes pārvar baiļu atmiņu.

Un šis īsais video

This brief video shows you one of these targets

parāda jums vienu no šiem modeļiem, pie kā mēs pašlaik strādājam.

that we're working on now.

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

Šis ir rajons prefrontālajā smadzeņu garozā,

reģions, kur mēs varam izmantot izzināšanas spējas, lai pārvarētu nepatīkamus emocionālos stāvokļus.

to try to overcome aversive emotional states.

Un dzīvnieks dzirdēs skaņu -- un notika gaismas uzliesmojums.

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

Šeit nav skaņas, taču jūs varat redzēt dzīvnieku sastingstam.

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

Šī skaņa nozīmē sliktas ziņas.

the tone used to mean bad news.

Ir mazs pulkstenītis apakšējā kreisajā stūrī,

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

tāpēc jūs varat redzēt, ka dzīvnieks tajā ir apmēram divas minūtes.

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

Un nākamais klips

This next clip is just eight minutes later.

ir tikai astoņas minūtes vēlāk.

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

Un nākamā skaņa tiks atskaņota, un gaisma atkal ieslēgsies.

Labi, te tas ir. Tieši tagad.

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

Un tagad jūs varat redzēt, tikai 10 minūtes veicot eksperimentu,

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

ka mēs esam sagatavojuši smadzenes, fotoaktivējot šo rajonu,

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

lai pārvarētu baiļu atmiņas

to overcome the expression of this fear memory.

izpausmi.

Pēdējos pāris gadus mēs esam atgriezušies pie dzīvības koka,

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

jo mēs gribējām atrast veidus kā varētu izslēgt riņķojumus smadzenēs.

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

Ja mēs to varētu izdarīt, tas būtu ļoti spēcīgi.

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

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

Ja jūs varat izdzēst šūnas tikai dažas milisekundes vai sekundes,

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

jūs varat saprast, kādu svarīgu lomu tās spēlē

riņķojumos, kuros tās ir iesaistītas.

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

Un tagad mēs esam apskatījuši organismus visapkārt dzīvības kokam --

katru dzīvo būtņu valsti, izņemot dzīvniekus, kurus mēs redzam nedaudz citādāk.

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

Un mēs atradām visu veidu molekulas, tos sauc par halorodopsīniem vai arherodopsīniem,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

kuri reaģē uz zaļu un dzeltenu gaismu.

that respond to green and yellow light.

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

Un tie dara pretēju lietu, nekā molekula, par ko jums iepriekš stāstīju,

kam ir zilās gaismas aktivators kanāla rodopsīns.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

Pateikšu piemēru, kā mēs domājam, kur tas nonāks.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Uzskatiet par piemēru stāvokli kā epilepsija,

where the brain is overactive.

kuras gadījumā smadzenes ir pārāk aktīvas.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Ja zāles epilepsijas ārstēšanā nedarbojas,

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

viena no stratēģijām ir noņemt daļu smadzeņu.

Bet tas ir pilnīgi neatgriezeniski, un tam var būt blakus efekti.

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

Ja nu mēs varētu vienkārši izslēgt smadzenes uz kādu īsu laiku,

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

kamēr lēkme beidzas,

until the seizure dies away,

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

un likt smadzenēm atjaunoties savā iepriekšējā stāvoklī --

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

sava veida dinamiska sistēma, kas ir novesta stabilā stāvoklī.

Šī animācija tikai cenšas izskaidrot šo koncepciju,

This animation tries to explain this concept

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

kad mēs padarījām šīs šūnas jutīgas pret izslēgšanu ar gaismu,

un mēs ieslēdzām gaismu,

and we beam light in,

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

un laikā, kas vajadzīgs, lai novērstu lēkmi,

mēs ceram, ka spēsim to izslēgt.

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

Mums nav datu, lai parādītu no šīs puses,

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

bet mēs esam ļoti priecīgi par to.

but we're very excited about this.

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

Tagad es vēlos nobeigt ar vienu stāstu,

kurš, kā mēs domājam, ir vēl viena iespēja --

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

kas ir tāda, ka, iespējams, šīs molekulas, ja jūs varat veikt ļoti precīzu kontroli,

var tikt pašu smadzeņu izmantotas,

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

lai izveidotu jauna veida protēzes, optiskās protēzes.

an optical prosthetic.

Es jau jums stāstīju, ka elektriskie stimulatori nav nekas neparasts.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

75,000 cilvēkiem ir ievietoti Parkinsona dziļie smadzeņu stimulatori.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

Iespējams, 100,000 cilvēku ir auss gliemeža implanti,

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

kas ļauj tiem dzirdēt.

Ir cita lieta, kas ir tāda, ka jums jādabū šie gēni iekšā šūnās.

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

Un gēnu terapijā tiek attīstīta jauna cerība,

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

jo vīrusi, kā piemēram, adenovīruss,

kurš, iespējams, ir lielākajai daļai no mums šajā telpā,

which probably most of us around this room have;

tam nav nekādu simptomu,

it doesn't have any symptoms --

tas ir lietots simtiem pacientu,

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

lai gēnus nogādātu smadzenēs vai ķermenī.

And so far, there have not been serious adverse events

Un līdz šim tam nav bijusi nopietna nelabvēlīga ietekme,

kas saistīti ar vīrusu.

associated with the virus.

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

Ir lieta, ko visi labi apzinās, taču par to nerunā, proti pašas olbaltumvielas,

which come from algae, bacteria and funguses

kuras nāk no aļģēm un baktērijām, un sēnēm,

and all over the tree of life.

un no visa dzīvības koka.

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

Lielākajai daļai no mums sēnes vai aļģes nav smadzenēs,

tad ko mūsu smadzenes darīs, kad mēs tos tur ievietosim?

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

Vai šūnas to pieņems? Vai imūnsistēma reaģēs?

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

No sākuma -- tas vēl nav veikts cilvēkam --

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

bet mēs strādājam pie dažādiem pētījumiem,

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

lai to izmēģinātu un izpētītu.

Un līdz šim mēs neesam redzējuši nevienas smaguma pakāpes redzamas reakcijas

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

šajās molekulās,

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

vai arī smadzeņu izgaismošanā.

Šis ir tikai sākums, būšu godīgs, bet mēs esam par to priecīgi.

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

Es vēlējos nobeigt ar vienu stāstu,

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

kuram, mūsuprāt, ir potenciāli

klīnisks pielietojums.

Now, there are many forms of blindness

Ir daudzas akluma formas,

kad fotoreceptori,

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

mūsu gaismas sensori, kas atrodas acs mugurējā daļā, pazūd.

are gone.

And the retina is a complex structure.

Un tīklene, protams, ir sarežģīta struktūra.

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

Tagad pievilksim to šeit tuvāk, tā mēs varam redzēt detalizētāk.

Fotoreceptoru šūnas ir parādītas augšā,

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

un tad signāli, kurus uztver fotoreceptori,

tiek pārveidoti dažādos aprēķinos,

via various computations

līdz kamēr beidzot šūnu slānis apakšā, ganglija šūnas,

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

nodod informāciju smadzenēm,

relay the information to the brain,

kur mēs to redzam kā uztveri.

where we see that as perception.

Daudzās akluma formās, kā, piemēram, retinitis pigmentosa

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

vai makulārajā deģenerācijā,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

fotoreceptoru šūnas ir atrofējušās vai tikušas iznīcinātas.

Now, how could you repair this?

Kā tās var atjaunot?

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

Nav pat skaidrs, vai zāles var to atjaunot,

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

jo nav nekas, pie kā zāles var saistīties.

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

No otras puses, gaisma vēl joprojām var iekļūt acī.

Acs vēl joprojām ir caurspīdīga un gaisma var iekļūt.

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

Ja nu mēs varētu paņemt šos kanāla rodopsīnus un citas molekulas

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

un ievietot tās dažās no rezerves šūnām

and install them on some of these other spared cells

un pārveidot tās mazās kamerās.

and convert them into little cameras?

Un tāpēc, ka acī ir tik daudz šo šūnu,

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

potenciāli tās varētu būt ļoti augstas izšķirtspējas kameras.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

Tā ir daļa no darba, ko mēs veicam.

This is some work that we're doing,

To vada viens no mūsu darbiniekiem,

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

Alans Horseidžers Dienvidkalifornijas universitātē,

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

un tas tiek mēģināts laist tirgū ar jauna uzņēmuma Eos Neuroscience palīdzību,

kuru finansē Nacionālais veselības institūts.

which is funded by the NIH.

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

Un tas, ko jūs šeit redzat, ir pele, kas cenšas izkļūt no labirinta.

Tas ir sešstūru labirints. Un tajā ir nedaudz ūdens,

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

lai motivētu peli kustēties, citādi tā vienkārši nekustēsies.

Un šī labirinta mērķis, protams,

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

ir izkļūt no ūdens un tikt uz mazu platformiņu,

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

kas ir zem izgaismotas ejas.

Pele ir gudra, tā nu viņa beidzot izpēta šo labirintu,

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

but he does a brute-force search.

bet tā veic meklēšanu ar brutālu spēku.

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

Tā peld pa katru ceļu, līdz beidzot nokļūst līdz platformai.

He's not using vision to do it.

Tā neizmanto redzi, lai to izdarītu.

These different mice are different mutations

Šīs dažādās peles ir dažādas mutācijas,

kas parāda dažādus akluma veidus, kas ietekmē cilvēkus.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

Un mēs esam piesardzīgi, cenšoties skatīties uz šiem dažādajiem modeļiem,

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

tā nu mēs nonākam pie vispārinātas pieejas.

so we come up with a generalized approach.

Kā mēs to atrisināsim?

So how can we solve this?

Mēs darīsim tieši to, ko pieminējām iepriekšējā slīdā.

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

Mēs paņemsim šos zilās gaismas fotosensorus

We'll take these blue light photo sensors

un ievietosim tos šūnu slānī

and install them onto a layer of cells

tīklenes vidusdaļā acs aizmugurē

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

and convert them into a camera --

un pārveidosim tos kamerā.

just like installing solar cells all over those neurons

Tāpat kā ievietojot saules baterijas viscaur šajos neironos,

lai tos padarītu gaismas jutīgus,

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

gaisma tajos ir pārveidota par elektrību.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Šī pele bija akla pāris nedēļas pirms šī eksperimenta

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

un saņēma vienu devu gaismjutīgās molekulas, kas atradās vīrusā.

Un tagad jūs varat redzēt, ka dzīvnieks var izvairīties no sienām

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

un nokļūt līdz šai mazajai platformai

and go to this little platform

un izmantot atkal savas acis, lai orientētos.

and make cognitive use of its eyes again.

Un, lai izskaidrotu tā spēku:

And to point out the power of this:

šie dzīvnieki spēj nokļūt līdz platformai

these animals can get to that platform

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

tikpat ātri, kā dzīvnieki, kas ir spējīgi redzēt visu laiku.

Šie pirmsklīniskie pētījumi, manuprāt,

So this preclinical study, I think, bodes hope

sola cerību daudzām lietām,

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

kuras mēs ceram darīt nākotnē.

Noslēgumā es vēlos pateikt, ka mēs izpētām arī

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

jaunus biznesa modeļus šim jaunajam neirotehnoloģijas lauciņam.

Mēs attīstām šos rīkus,

We're developing tools and sharing them freely

bet mēs ar tiem brīvi dalāmies ar simtiem grupām visā pasaulē,

with hundreds of groups all over the world

tā cilvēki var izpētīt un censties izārstēt dažādas slimības.

for them to study and try to treat different disorders.

Un mūsu cerība ir, ka, abstrakcijas līmenī saprotot

Our hope is that by figuring out brain circuits

mūsu smadzeņu ciklus, kas ļauj mums tos atjaunot un veidot,

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

mēs varam paņemt dažas no šīm neārstējamām slimībām, par kurām jums stāstīju agrāk,

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

no kurām praktiski neviena nav ārstējama,

practically none of which are cured,

un 21. gadsimtā padarīt tās par vēsturi.

and in the 21st century, make them history.

Paldies jums.

Thank you.

(Applause)

(Aplausi)

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

Huans Enrikess: Dažas no lietām ir nedaudz pagrūtas.

(Laughter)

(Smiekli)

Bet spēt

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

kontrolēt epilepsijas lēkmes

with light instead of drugs

ar gaismas palīdzību zāļu vietā,

and being able to target those specifically

un spēt sasniegt mērķi

is a first step.

ir pirmais solis.

The second thing that I think I heard you say

Otra lieta, kuru, es domāju, dzirdēju jūs sakot

is you can now control the brain in two colors,

ir, ka jūs tagad varat kontrolēt smadzenes divās krāsās.

Kā ieslēgšanas un izslēgšanas slēdzi.

like an on-off switch.

Eds Boidens: Tā ir taisnība.

Ed Boyden: That's right.

HE: Kas pārveido katru impulsu, ejot caur smadzenēm, par bināro kodu.

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

EB: Pareizi, jā.

EB: Right.

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

Ar zilu gaismu mēs varam vadīt informāciju, un tā ir vienotā formā.

Un izslēdzot lietas, tā vairāk vai mazāk ir nulle.

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

Mēs ceram beidzot uzbūvēt smadzeņu līdzprocesorus,

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

kuri darbojas ar smadzenēm,

tā mēs varētu palielināt cilvēku ar invaliditāti funkcijas.

so we can augment functions in people with disabilities.

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

HE: Un teorētiski tas nozīmē to,

ka tad, kad pele sajūt, saož,

dzird, pieskaras,

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

jūs varat uzmodelēt to kā vieninieku un nuļļu virkni.

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

EB: Protams, jā. Mēs ceram lietot šo, lai pārbaudītu,

kādi nervu kodi var vadīt noteiktu uzvedību

what neural codes can drive certain behaviors

un noteiktas domas, un noteiktas sajūtas,

and certain thoughts and certain feelings

un lietot to, lai saprastu par smadzenēm daudz vairāk.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

HE: Vai tas nozīmē, ka kādu dienu jūs varēsiet lejuplādēt atmiņas

and maybe upload them?

un iespējams augšuplādēt tās?

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

EB: Tas ir kaut kas, pie kā mēs ļoti smagi esam sākuši strādāt.

Mēs pašlaik strādājam pie kāda darba,

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

kurā mēs cenšamies izvietot smadzenēs datu ierakstīšanas elementus.

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

Tā mēs varam ierakstīt informāciju un tad to ievietot atpakaļ --

sort of computing what the brain needs

sava veida izskaitļošana, ko smadzenēm vajag,

in order to augment its information processing.

lai pieaugtu tās informācijas apstrāde.

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

HE: Labi, tas varētu mainīt pāris lietas. Paldies jums. (EB: Paldies.)

EB: Thank you.

(Aplausi)

(Applause)