What investigating neural pathways can reveal about mental health | Kay M. Tye

Transcriber: Ivana Korom Reviewer: Krystian Aparta

Vertaald door: Ruth Compernol Nagekeken door: Peter van de Ven

I'm going to start by saying something you think you know to be true.

Ik zal beginnen met iets waarvan je dénkt dat je het begrijpt.

Your brain creates all facets of your mind.

Je brein creëert alle facetten van je geest.

So then why do we treat mental and physical illnesses

Waarom behandelen we mentale en fysieke ziekten

so differently,

dan zo anders,

if we think we know that the mind comes from the brain?

als we denken dat onze geest uit ons brein voortkomt?

As a neuroscientist, I'm often told

Als neurowetenschapper hoor ik vaak

that I'm not allowed to study how internal states

dat ik niet mag bestuderen hoe interne belevingen

like anxiety or craving or loneliness

zoals angst, verlangens of eenzaamheid

are represented by the brain,

zich in de hersenen manifesteren,

and so I decided to set out and do exactly that.

dus besloot ik om precies dat te doen.

My research program is designed to understand the mind

Mijn onderzoeksprogramma is ontworpen om de geest te begrijpen

by investigating brain circuits.

door hersencircuits te onderzoeken.

Specifically, how does our brain give rise to emotion.

Specifiek: hoe ontstaan emoties in onze hersenen?

It's really hard to study feelings and emotions,

Het is heel moeilijk om gevoelens en emoties te bestuderen,

because you can't measure them.

omdat je ze niet kan meten.

Behavior is still the best and only window

Gedrag geeft ons nog altijd het beste en enige inzicht

into the emotional experience of another.

in de emotionele ervaring van een ander.

For both animals and people,

Zowel voor dieren als mensen,

yes, self-report is a behavioral output.

is ook zelfrapportage gedragsmatige output.

Motivated behaviors fall into two general classes:

Gemotiveerd gedrag valt uiteen in twee algemene categorieën:

seeking pleasure and avoiding pain.

plezier opzoeken en pijn vermijden.

The ability to approach things that are good for you

De kunde om te benaderen wat goed voor je is

and avoid things that are bad for you

en te vermijden wat slecht voor je is,

is fundamental to survival.

is cruciaal om te overleven

And in our modern-day society,

en in onze moderne maatschappij

trouble telling the difference can be labeled as a mental illness.

kunnen problemen hiermee gelabeld worden als een mentale stoornis.

If I was having car trouble,

Als ik problemen heb met mijn auto

and I took my car to the mechanic,

en ik breng hem naar de garage,

the first thing they do is look under the hood.

dan is het eerste wat ze doen onder de motorkap kijken.

But with mental health research,

Maar bij onderzoek naar mentale gezondheid

you can't just pop open the hood with the press of a button.

kan je niet zomaar met een knop de motorkap openen.

So this is why we do experiments on animals.

Dus daarom voeren we experimenten uit op dieren.

Specifically, in my lab, mice.

In mijn labo werk ik met muizen.

To understand the brain, well, we need to study brains.

Om de hersenen te begrijpen moeten we ze bestuderen.

And for the first time, we actually can.

En voor het eerst in de geschiedenis kunnen we dit ook.

We can pop open the hood.

We kunnen de motorkap openen,

We can look inside

kijken wat eronder zit

and do an experiment and see what comes out.

en experimenten doen om te zien wat er gebeurt.

Technology has opened new windows into the black box that is our minds.

Technologie heeft nieuwe vensters geopend in de zwarte doos van onze geest.

The development of optogenetic tools

De ontwikkeling van optogenetische technieken

has allowed us unprecedented control over specific neurons in the brain

geeft ons een ongeëvenaarde controle over specifieke neuronen in onze hersenen

and how they talk to each other by firing electrical signals.

en hoe ze met elkaar spreken door elektrische signalen af te vuren.

We can genetically engineer neurons to be light sensitive

Via genetische manipulatie kunnen we neuronen lichtgevoelig maken

and then use light to control how neurons fire.

en dan licht gebruiken om na te gaan hoe neuronen signalen afvuren.

This can change an animal's behavior,

Dit kan het gedrag van dieren veranderen,

giving us insight into what that neural circuit can do.

wat ons inzicht geeft in wat dat neuraal circuit kan doen.

Want to know how scientists figure this out?

Wil je weten hoe wetenschappers dit uitzoeken?

Scientists developed optogenetic tools by borrowing knowledge

Ze hebben optogenetische tools ontwikkeld

door kennis te ontlenen uit andere takken van de wetenschap.

from other basic science fields.

Algae are single-celled organisms that have evolved to swim towards light.

Algen zijn eencellige organismen

die zijn geëvolueerd om naar het licht te zwemmen.

And when blue light shines onto the eyespot of an algae cell,

En wanneer er blauw licht schijnt op de oogvlek van een algencel,

a channel opens, sending an electrical signal

opent een kanaal dat een elektrosignaal stuurt.

that makes little flagella flap

Zo beginnen de flagella te flapperen

and propels the algae towards sunlight.

en bewegen de algen zich voort naar het zonlicht.

If we clone this light-sensitive part of the algae

Als we dit lichtgevoelige deel van de algen klonen

and then add it to neurons through genetic modification,

en het via genetische modificatie in neuronen inplanten,

we can make neurons light-sensitive, too.

kunnen we neuronen ook lichtgevoelig maken.

Except, with neurons,

Alleen geldt voor neuronen

when we shine light down an optical fiber deep into the brain,

dat als we licht via optische vezels diep in de hersenen sturen,

we change how they send electrical signals to other neurons in the brain

we veranderen hoe ze elektrische signalen naar andere neuronen sturen,

and thus change the animal's behavior.

wat op zijn beurt het gedrag van het dier verandert.

With the help of my colleagues,

Met de hulp van mijn collega's

I pioneered the use of optogenetic tools

was ik pionier in het gebruik van optogenetische tools

to selectively target neurons that are living in point A,

om selectief neuronen te beïnvloeden die leven in punt A,

sending messages down wires aimed at point B,

door boodschappen te sturen via bedrading gericht op punt B.

leaving neighboring neurons going other places unaffected.

Zo worden andere neuronen in dezelfde buurt niet verstoord.

This approach allowed us to test the function of each wire

Op die manier konden we de functie van elk draadje testen

within the tangled mess that is our brain.

in de wirwar van onze hersenen.

A brain region called the amygdala

De amygdala in onze hersenen

has long been thought to be important for emotion,

wordt al langer belangrijk geacht voor onze emoties

and my laboratory discovered

en mijn laboratorium ontdekte

that the amygdala resembles a fork in the road

dat de amygdala op een splitsing in de weg lijkt.

where activating one path can drive positive emotion and approach,

Activatie van het ene pad kan tot positieve emoties en benadering leiden

and activating another path can drive negative emotion and avoidance.

en activatie van het andere pad tot negatieve emoties en vermijding.

I'm going to show you a couple of examples --

Ik zal jullie enkele voorbeelden tonen.

a taste of raw data --

Een voorproefje van ruwe data

of how we can use optogenetics to target specific neurons in the brain

dat aantoont hoe we met optogenetica specifieke neuronen kunnen beïnvloeden

and get very specific changes in behavior.

en heel specifieke gedragsveranderingen kunnen uitlokken.

Anxiety patients have abnormal communication

Patiënten met een angststoornis hebben een abnormale communicatie

between two parts of the amygdala,

tussen twee delen van de amygdala,

but in people, it's hard to know if this abnormality is cause or effect

maar bij mensen is het moeilijk te weten

of deze anomalie oorzaak of gevolg is van de ziekte.

of the disease.

We can use optogenetics to target the same pathway in a mouse,

We kunnen optogenetica gebruiken op dezelfde zenuwbaan bij muizen

and see what happens.

en zien wat er gebeurt.

So this is the elevated plus maze.

Dit is het 'elevated plus' doolhof.

It's a widely used anxiety test

Een veelgebruikte test die angst meet

that measures the amount of time

door na te gaan hoe lang de muis

that the mouse spends in the safety of the closed arms

in de veiligheid van de gesloten armen doorbrengt

relative to exploring the open arms.

versus het verkennen van de open armen.

Mice have evolved to prefer enclosed spaces,

Muizen zijn zo geëvolueerd dat ze gesloten ruimtes verkiezen,

like the safety of their burrows,

zoals de veiligheid van hun hol,

but to find food, water, mates,

maar om voedsel, water en een partner te vinden

they need to go out into the open

moeten ze zich naar buiten begeven,

where they're more vulnerable to predatory threats.

waar ze kwetsbaarder zijn voor roofdieren.

So I'm sitting in the background here,

Dus ik zit hier op de achtergrond

and I'm about to flip the switch.

en ga de schakelaar overhalen.

And now, when I flip the switch and turn the light on,

Als ik dat doe, gaat het licht aan

you can see the mouse begins to explore the open arms of the maze more.

en kan je zien dat de muis op onderzoek gaat

in de open armen van het doolhof.

And in contrast to drug treatments for anxiety,

En in contrast tot behandelingen met angstmedicijnen

there's no sedation, no locomotor impairment,

is er geen verdoving, geen bewegingsstoornis,

just coordinated, natural-looking exploration.

enkel gecoördineerde, natuurlijk uitziende verkenning.

So not only is the effect almost immediate,

Dus niet alleen is het effect bijna onmiddellijk zichtbaar,

but there are no detectable side effects.

er zijn evenmin waarneembare neveneffecten.

Now, when I flip the switch off,

Als ik nu de schakelaar uitzet,

you can see that the mouse goes back to its normal brain function

kan je zien dat de muis terugkeert naar zijn normale hersenfunctie

and back to its corner.

en terug naar zijn hoekje.

When I was in the lab and I was taking these data,

Toen ik in het labo deze data bekeek,

I was all by myself, and I was so excited.

was ik helemaal alleen en zo opgewonden

I was so excited, I did one of these quiet screams.

dat ik een geruisloos gilletje gaf.

(Silently) Aah!

(Stil) Aah!

(Laughter)

(Gelach)

Why was I so excited?

Waarom?

I mean, yeah, theoretically, I knew that the brain controlled the mind,

Theoretisch wist ik al dat de hersenen onze geest beïnvloeden,

but to flip the switch with my hand

maar om de schakelaar met mijn eigen hand te bedienen

and see the mouse change its behavioral state

en te zien hoe de muis zijn gedrag veranderde,

so rapidly and so reversibly,

zo snel en omkeerbaar,

it was really the first time that I truly believed it.

dat was de eerste keer dat ik het echt geloofde.

Since that first breakthrough,

Sinds die eerste doorbraak

there have been a number of other discoveries.

werden nog een aantal andere ontdekkingen gedaan

Finding specific neural circuits that can elicit dramatic changes

van specifieke neurale circuits die grote veranderingen kunnen uitlokken

in animal behavior.

in het gedrag van dieren.

Here's another example: compulsive overeating.

Hier is nog een voorbeeld: compulsief overeten.

We can eat for two reasons.

We eten omwille van twee redenen.

Seeking pleasure, like tasty food,

Om plezier op te zoeken, zoals lekker eten,

or avoiding pain, like being hungry.

of pijn te vermijden, zoals honger lijden.

How can we find a treatment for compulsive overeating

Hoe kunnen we compulsief overeten behandelen

without messing up the hunger-driven feeding

zonder onze voedingsreflex te verstoren die nodig is om te overleven?

that we need to survive?

The first step is to understand

De eerste stap is om te begrijpen

how the brain gives rise to feeding behavior.

hoe onze hersenen de zoektocht naar voeding uitlokken.

This fully-fed mouse is just exploring a space

Deze goed gevoede muis is een ruimte aan het verkennen

completely devoid of any food.

waar geen voedsel te vinden is.

Here we're using optogenetics to target neurons living in the hypothalamus,

Hier gebruiken we optogenetica op de neuronen in de hypothalamus,

sending messages down wires aimed at the midbrain.

waarbij boodschappen worden verstuurd via draden gericht op de middenhersenen.

When I turn the light on, right here,

Wanneer ik hier het licht aandoe,

you can see that the mouse immediately begins licking the floor.

zie je dat de muis meteen de vloer begint te likken.

(Laughter)

(Gelach)

This seemingly frenzied behavior

Dit schijnbaar uitzinnige gedrag

is about to escalate into something I find really incredible.

zal zometeen escaleren tot iets wat ik ongelooflijk vind.

It's kind of trippy, actually.

Het is zelfs een beetje geschift.

Ready?

Klaar?

It's right here.

Hier zie je het.

See, he picks up his hands as if he is eating a piece of food,

De muis brengt zijn pootjes omhoog alsof hij een stukje voedsel eet,

but there's nothing there, he's not holding anything.

alleen is er niets, hij heeft niets in zijn pootjes.

So this circuit is sufficient to drive feeding behavior

Dus dit circuit volstaat om voedingsgedrag aan te sturen

in the absence of hunger,

zonder dat er sprake is van honger

even in the absence of food.

en zelfs zonder dat er eten aanwezig is.

I can't know for sure how this mouse is feeling,

Ik weet niet hoe deze muis zich voelt,

but I speculate these neurons drive craving

maar ik denk dat deze neuronen de drang naar eten beïnvloeden

based on the behaviors we elicit when we target this pathway.

op basis van het gedrag dat ontstaat als we ons op deze zenuwbanen richten.

Turn the light back off --

Doen we het licht opnieuw uit,

animal's back to normal.

dan is zijn gedrag weer normaal.

When we silence this pathway,

Als we deze zenuwbaan het zwijgen opleggen,

we can suppress and reduce compulsive overeating

kunnen we compulsief overeten onderdrukken en verminderen

without altering hunger-driven feeding.

zonder dat we de hongergedreven eetreflex verstoren.

What did you take away from these two videos

Wat heb je geleerd uit de twee video's

that I just showed you?

die ik jullie heb getoond?

That making a very specific change to neural circuits in the brain

Dat een heel specifieke verandering in de neurale circuits van de hersenen

can have specific changes to behavior.

een heel specifieke verandering kan veroorzaken in het gedrag.

That every conscious experience that we have

Dat elke bewuste ervaring die we hebben,

is governed by cells in our brain.

wordt aangestuurd door cellen in onze hersenen.

I am the daughter of a physicist and a biologist,

Ik ben de dochter van een fysicus en een bioloog

who literally met on the boat coming to America

die elkaar letterlijk hebben ontmoet op de boot naar Amerika,

in pursuit of an education.

op weg naar een opleiding.

So naturally,

Dus uiteraard

since there was "no pressure" to be a scientist ...

was er 'geen druk' om een wetenschapper te worden...

(Laughter)

(Gelach)

as a college student,

Als student

I had to decide whether I wanted to focus on psychology, the study of the mind,

moest ik kiezen: focussen op psychologie, de studie van de geest,

or neuroscience, the study of the brain.

of neurowetenschappen, de studie van de hersenen.

And I chose neuroscience,

Ik koos voor neurowetenschappen,

because I wanted to understand how the mind is born

omdat ik wou begrijpen hoe de geest ontstaat

out of biological tissue.

uit biologisch weefsel.

But really, I've come full circle to do both.

Maar eigenlijk is de cirkel rond en doe ik beide.

And now my research program

En nu probeer ik met mijn onderzoek

bridges the gap between the mind and the brain.

de afstand tussen het brein en de geest te overbruggen.

Research from my laboratory

Onderzoek van mijn labo

suggests that we can begin to tie specific neural circuits

doet vermoeden dat we specifieke neurale circuits kunnen linken

to emotional states.

aan emotionele toestanden.

And we have found a number of circuits

En we hebben circuits gevonden

that control anxiety-related behavior,

die angstgerelateerd gedrag controleren,

compulsive overeating,

zoals compulsief overeten,

social interaction, avoidance

sociale interactie, vermijding

and many other types of motivated behaviors

en vele andere soorten gemotiveerd gedrag

that may reflect internal emotional states.

die interne emotionele toestanden kunnen weerspiegelen.

We used to think of functions of the mind as being defined by brain regions.

Vroeger dacht men dat hersengebieden de functies van onze geest bepaalden.

But my work shows that within a given brain region,

Maar ik stel vast dat in een bepaald hersengebied

there are many different neurons doing different things.

veel verschillende neuronen verschillende functies hebben.

And these functions are partly defined by the paths they take.

En deze functies worden deels bepaald door de banen die ze volgen.

Here's a metaphor to help illustrate

Een metafoor kan helpen illustreren

how these discoveries change the way that we think about the brain.

hoe deze ontdekkingen onze ideeën over de hersenen veranderen.

Let's say that the brain is analogous to the world

Stel je voor dat de hersenen de wereld zijn,

and that neurons are analogous to people.

terwijl neuronen de mensen zijn.

And we want to understand how information is transmitted across the planet.

En we willen begrijpen hoe informatie zich over de planeet verspreidt.

Sure, it's useful to know

Het is uiteraard handig om te weten

where a given person is located when recording what they're saying.

waar iemand zich bevindt wanneer we registreren wat hij zegt.

But I would argue that it's equally important

Maar het lijkt me even belangrijk

to know who this person is talking to,

om te weten tegen wie deze persoon praat,

who is listening

wie er luistert

and how the people listening respond to the information that they receive.

en hoe de luisteraars reageren op de verkregen informatie.

The current state of mental health treatment

De huidige behandeling van mentale problemen

is essentially a strategy of trial and error.

is hoofdzakelijk een strategie van trial en error.

And it is not working.

En het werkt niet.

The development of new drug therapies for mental health disorders

De ontwikkeling van nieuwe medicinale behandelingen voor mentale problemen

has hit a brick wall,

zit vast,

with scarcely any real progress since the 1950s.

en sinds de jaren 1950 is er amper sprake van echte vooruitgang.

So what does the future hold?

Dus wat heeft de toekomst in petto?

In the near future,

In de nabije toekomst

I expect to see a mental health treatment revolution,

verwacht ik een revolutie in de psychische zorg,

where we focus on specific neural circuits in the brain.

waarbij we focussen op specifieke neurale circuits in de hersenen.

Diagnoses will be made based on both behavioral symptoms

Diagnoses zullen zowel gemaakt worden op basis van gedragssymptomen

and measurable brain activity.

als meetbare hersenactiviteit.

Further in the future,

Verder in de toekomst

by combining our ability to make acute changes to the brain

kunnen de combinatie van acute ingrepen in de hersenen

and get acute changes to behavior

en acute gedragsveranderingen

with our knowledge of synaptic plasticity to make more permanent changes,

alsook onze kennis over hersenplasticiteit voor meer permanente veranderingen

we could push the brain into a state of fixing itself

ons helpen om de hersenen te stimuleren om zichzelf te herstellen

by reprogramming neural circuits.

door neurale circuits te herprogrammeren.

Exposure therapy at the circuit level.

Exposuretherapie op het niveau van onze zenuwbanen.

Once we switch the brain into a state of self-healing,

Eens we de hersenen kunnen overhalen om zichzelf te herstellen

this could potentially have long-lasting effects

zou dit langdurige effecten kunnen hebben

with no side effects.

zonder bijwerkingen.

I can envision a future where neural circuit reprogramming

Ik zie een toekomst waarin de herprogrammering van neurale circuits

represents a potential cure, not just a treatment.

een mogelijke remedie kan zijn, en niet enkel een behandeling.

OK, but what about right now?

OK, maar wat kunnen we nu meteen doen?

If from this very moment forward,

Als jullie vanaf nu

each and every one of you left this talk

allemaal naar huis terugkeren

and truly believed that the mind comes entirely from cells in your brain,

en echt geloven dat onze geest voor 100% afkomstig is van onze hersencellen,

then we could immediately get rid of negative perceptions and stigmas

dan kunnen we meteen komaf maken met de negatieve percepties en stigma's

that prevent so many people

die velen ervan weerhouden

from getting the mental health support that they need.

om de nodige psychische steun op te zoeken.

Mental health professionals,

Mentalegezondheidsexperts

we're always thinking about what's the next new treatment.

denken altijd na over de volgende nieuwe behandeling.

But before we can apply new treatments,

Maar voor we nieuwe behandelingen kunnen toepassen,

we need people to feel comfortable seeking them.

moeten mensen zich op hun gemak voelen om ze op te zoeken.

Imagine how dramatically we could reduce the rates of suicides

Stel je voor hoe we de zelfmoordcijfers zouden kunnen doen dalen

and school shootings

en de schietpartijen op school

if everyone who needed mental health support actually got it.

als iedereen die psychische steun nodig heeft, die ook zou krijgen.

When we truly understand exactly how the mind comes from the brain,

Als we echt begrijpen hoe onze geest voortkomt uit onze hersenen,

we will improve the lives of everyone

zullen we het leven verbeteren

van iedereen die ooit een mentale ziekte krijgt,

who will have a mental illness in their lifetime --

half the population --

dat is de helft van de bevolking,

as well as everyone else with whom they share the world.

maar ook van alle anderen met wie zij de wereld delen.

Thank you.

Bedankt.

(Applause)

(Applaus)