What we'll learn about the brain in the next century | Sam Rodriques

Vertaald door: Lisette Feenstra Nagekeken door: Peter van de Ven

I want to tell you guys something about neuroscience.

Ik ga jullie iets vertellen over de neurowetenschap.

I'm a physicist by training.

Ik ben natuurkundige.

About three years ago, I left physics

Drie jaar geleden hield ik het voor gezien

to come and try to understand how the brain works.

en wilde me richten op de werking van hersenen.

And this is what I found.

Daarbij ontdekte ik het volgende.

Lots of people are working on depression.

Er is veel onderzoek naar depressie.

And that's really good,

Een goede zaak,

depression is something that we really want to understand.

want depressie is iets wat we beter willen begrijpen.

Zo ga je te werk:

Here's how you do it:

you take a jar and you fill it up, about halfway, with water.

je neemt een pot en vult hem voor de helft met water.

And then you take a mouse, and you put the mouse in the jar, OK?

Dan pak je een muis en die stop je erin.

And the mouse swims around for a little while

De muis zwemt kort rondjes

and then at some point, the mouse gets tired

en als hij moe wordt,

and decides to stop swimming.

stopt hij met zwemmen.

And when it stops swimming, that's depression.

Het moment dat hij stopt, noemen we depressie.

OK?

Duidelijk?

And I'm from theoretical physics,

Ik kom uit de theoretische fysica,

so I'm used to people making very sophisticated mathematical models

waar ze complexe wiskundige modellen gebruiken

to precisely describe physical phenomena,

om fysieke fenomenen nauwkeurig te beschrijven,

so when I saw that this is the model for depression,

dus toen ik dit model voor depressie zag,

I though to myself, "Oh my God, we have a lot of work to do."

dacht ik bij mezelf: hemel, we hebben nog een hoop werk te doen.

(Laughter)

(Gelach)

But this is a kind of general problem in neuroscience.

Maar dit is een veelvoorkomend probleem in neurowetenschappen.

So for example, take emotion.

Neem bijvoorbeeld emotie.

Lots of people want to understand emotion.

Veel mensen willen emotie begrijpen.

But you can't study emotion in mice or monkeys

Maar emotie kan je niet bestuderen met muizen of apen,

because you can't ask them

omdat je ze niet kan vragen hoe ze zich voelen of wat ze ervaren.

how they're feeling or what they're experiencing.

Daarom zal iemand die emotie wil begrijpen,

So instead, people who want to understand emotion,

typically end up studying what's called motivated behavior,

gemotiveerd gedrag bestuderen,

wat betekent 'wat de muis doet als hij heel graag kaas wil'.

which is code for "what the mouse does when it really, really wants cheese."

OK, I could go on and on.

Zo zijn er zat voorbeelden.

I mean, the point is, the NIH spends about 5.5 billion dollars a year

Per jaar investeert de NIH 5,5 miljard dollar

on neuroscience research.

in neurowetenschappelijk onderzoek.

And yet there have been almost no significant improvements in outcomes

Maar in de afgelopen 40 jaar zijn er nauwelijks verbeteringen geweest

for patients with brain diseases in the past 40 years.

voor patiënten met hersenaandoeningen.

And I think a lot of that is basically due to the fact

Dit wordt vooral veroorzaakt

that mice might be OK as a model for cancer or diabetes,

doordat muizen goed zijn als model voor kanker en diabetes,

but the mouse brain is just not sophisticated enough

maar dat een muizenbrein niet ontwikkeld genoeg is

to reproduce human psychology or human brain disease.

om de menselijk psyche of hersenaandoeningen na te bootsen.

OK?

Ja?

So if the mouse models are so bad, why are we still using them?

Als de muismodellen niet deugen, waarom worden ze dan nog gebruikt?

Well, it basically boils down to this:

Dat heeft twee oorzaken:

the brain is made up of neurons

het brein bestaat uit neuronen,

which are these little cells that send electrical signals to each other.

kleine cellen die elkaar elektrische signalen sturen.

If you want to understand how the brain works,

Als je wil weten hoe het brein werkt,

you have to be able to measure the electrical activity of these neurons.

moet je de elektrische activiteit van deze neuronen meten.

But to do that, you have to get really close to the neurons

Maar daarvoor moet je dicht op de neuronen komen

with some kind of electrical recording device or a microscope.

met een elektrisch opnameapparaat of een microscoop.

And so you can do that in mice and you can do it in monkeys,

Bij muizen of apen kan dat,

because you can physically put things into their brain

omdat je fysiek iets in hun brein kan stoppen,

but for some reason we still can't do that in humans, OK?

maar bij mensen is dit nog steeds niet mogelijk.

So instead, we've invented all these proxies.

Daarom zijn er nu instrumenten die bij benadering hetzelfde doen.

So the most popular one is probably this,

De meest gebruikte hiervan

is de functionele MRI, de fMRI,

functional MRI, fMRI,

which allows you to make these pretty pictures like this,

die ons dit soort mooie plaatjes geeft,

that show which parts of your brain light up

die laten zien welk deel van de hersenen oplichten

when you're engaged in different activities.

bij het doen van diverse activiteiten.

But this is a proxy.

Maar het is maar een benadering.

You're not actually measuring neural activity here.

Je meet er geen neuronale activiteit mee.

What you're doing is you're measuring, essentially,

Wat je in werkelijkheid doet,

like, blood flow in the brain.

is het meten van de bloedstroom.

Where there's more blood.

Waar het meeste bloed zit. Oftewel waar de meeste zuurstof zit.

It's actually where there's more oxygen, but you get the idea, OK?

Een andere methode is dit --

The other thing that you can do is you can do this --

electroencephalography -- you can put these electrodes on your head, OK?

elektro-encefalografie, waarbij je elektroden op je hoofd plaatst.

And then you can measure your brain waves.

Hiermee worden hersengolven gemeten.

And here, you're actually measuring electrical activity.

Je meet de elektrische activiteit.

But you're not measuring the activity of neurons.

Maar daarmee meet je niet de activiteit van neuronen.

You're measuring these electrical currents,

Wat je meet zijn de elektrische stromen

sloshing back and forth in your brain.

die heen en weer klotsen in je hersens.

So the point is just that these technologies that we have

Het punt is dat deze technologieën

are really measuring the wrong thing.

de verkeerde dingen meten.

Because, for most of the diseases that we want to understand --

Van de meeste ziektes die we willen onderzoeken --

Parkinson is een goed voorbeeld.

like, Parkinson's is the classic example.

In Parkinson's, there's one particular kind of neuron deep in your brain

Bij Parkinson is er een bepaald neuron diep in je hersenen

that is responsible for the disease,

die de ziekte veroorzaakt,

and these technologies just don't have the resolution that you need

en de huidige technologie beschikt niet over de vereiste resolutie

to get at that.

om het in kaart te brengen.

And so that's why we're still stuck with the animals.

Daarom zijn we nog afhankelijk van dierproeven.

Not that anyone wants to be studying depression

Voor de duidelijkheid: niemand wil depressie onderzoeken

by putting mice into jars, right?

door muizen in potten te stoppen.

It's just that there's this pervasive sense that it's not possible

De algemene consensus is dat het niet mogelijk is

to look at the activity of neurons in healthy humans.

om naar neuronale activiteit te kijken bij gezonde mensen.

So here's what I want to do.

Ik stel het volgende voor.

I want to take you into the future.

Ik neem jullie mee naar de toekomst

To have a look at one way in which I think it could potentially be possible.

om te zoeken naar een manier die het wel mogelijk maakt.

And I want to preface this by saying, I don't have all the details.

Maar ik zeg er wel bij: ik beschik niet over alle informatie.

So I'm just going to provide you with a kind of outline.

Wat ik laat zien is een ruwe schets.

But we're going to go the year 2100.

We maken de stap naar het jaar 2100.

Now what does the year 2100 look like?

Hoe ziet dat jaar eruit?

Well, to start with, the climate is a bit warmer that what you're used to.

Om te beginnen is het klimaat een stuk warmer dan vroeger.

(Laughter)

(Gelach)

And that robotic vacuum cleaner that you know and love

En die robotstofzuiger waar jullie gek op waren,

went through a few generations,

heeft een paar upgrades gehad,

and the improvements were not always so good.

maar die waren niet allemaal even positief.

(Laughter)

(Gelach)

It was not always for the better.

Soms had het beter gekund.

But actually, in the year 2100 most things are surprisingly recognizable.

In het jaar 2100 zijn veel dingen verrassend genoeg hetzelfde gebleven.

It's just the brain is totally different.

Alleen het brein is totaal anders.

For example, in the year 2100,

In het jaar 2100 begrijpen we de oorzaken van Alzheimer.

we understand the root causes of Alzheimer's.

So we can deliver targeted genetic therapies or drugs

Hierdoor kunnen we genetische therapieën of medicijnen gebruiken

to stop the degenerative process before it begins.

om achteruitgang geen kans te geven.

So how did we do it?

Hoe konden we dat doen?

Well, there were essentially three steps.

Eigenlijk in drie stappen.

The first step was that we had to figure out

Stap één was een manier te bedenken

some way to get electrical connections through the skull

om elektrische verbindingen door de schedel aan te brengen

so we could measure the electrical activity of neurons.

om de elektrische activiteit van neuronen te meten.

And not only that, it had to be easy and risk-free.

Bovendien moest het simpel zijn en zonder risico.

Something that basically anyone would be OK with,

Iets wat iedereen normaal vindt,

like getting a piercing.

zoals het nemen van een piercing.

Because back in 2017,

Want in 2017

the only way that we knew of to get through the skull

was de enige manier om door een schedel te komen

was to drill these holes the size of quarters.

er gaten in te boren ter grootte van een euro.

You would never let someone do that to you.

Daar geeft niemand toestemming voor.

So in the 2020s,

Dus in de jaren 2020

people began to experiment -- rather than drilling these gigantic holes,

begonnen mensen te experimenteren -- in plaats van grote gaten te boren,

drilling microscopic holes, no thicker than a piece of hair.

boorden ze minuscule gaatjes, niet dikker dan een haar.

And the idea here was really for diagnosis --

Het was bedoeld voor diagnoses --

there are lots of times in the diagnosis of brain disorders

vaak is het bij de diagnose van hersenaandoeningen zo

when you would like to be able to look at the neural activity beneath the skull

dat je het liefst de neuronale activiteit onder de schedel ziet,

and being able to drill these microscopic holes

en door minuscule gaatjes te boren,

would make that much easier for the patient.

zou het minder belastend voor de patiënt zijn.

In the end, it would be like getting a shot.

Het zou voelen alsof je een prik krijgt.

You just go in and you sit down

Je komt binnen, gaat zitten

and there's a thing that comes down on your head,

en dan krijg je een ding op je hoofd,

je voelt een prikje en het is klaar

and a momentary sting and then it's done,

and you can go back about your day.

en je kan weer verder.

So we're eventually able to do it

Uiteindelijk wordt dit de realiteit,

using lasers to drill the holes.

waarbij lasers gaatjes boren.

And with the lasers, it was fast and extremely reliable,

En de lasers waren snel en betrouwbaar.

you couldn't even tell the holes were there,

Achteraf zag je de gaten niet eens zitten,

any more than you could tell that one of your hairs was missing.

net zo als je niet doorhebt dat je een haar mist.

And I know it might sound crazy, using lasers to drill holes in your skull,

Ik weet dat het bizar klinkt, lasers die gaten boren in je hoofd,

but back in 2017,

maar in 2017

people were OK with surgeons shooting lasers into their eyes

vonden mensen het prima dat chirurgen met lasers in hun ogen schoten

voor een corrigerende ingreep.

for corrective surgery

So when you're already here, it's not that big of a step.

Dus dan is de stap gauw gemaakt.

(Gelach)

OK?

Ja, toch?

So the next step, that happened in the 2030s,

De volgende stap, die plaatsvond in de jaren 2030,

was that it's not just about getting through the skull.

gaat verder dan het simpelweg doorboren van de schedel.

To measure the activity of neurons,

Om hersenactiviteit te meten,

you have to actually make it into the brain tissue itself.

moet je in het hersenweefsel doordringen.

And the risk, whenever you put something into the brain tissue,

Maar als je iets in aanraking brengt met het hersenweefsel,

riskeer je een beroerte.

is essentially that of stroke.

That you would hit a blood vessel and burst it,

Je raakt een bloedvat en dat barst open,

wat ook een beroerte veroorzaakt.

and that causes a stroke.

So, by the mid 2030s, we had invented these flexible probes

Midden jaren 2030, zouden we flexibele sondes hebben

that were capable of going around blood vessels,

die om bloedvaten heen konden lopen

rather than through them.

in plaats van erdoorheen.

And thus, we could put huge batteries of these probes

Zo konden we grote batterijen sondes

into the brains of patients

in de hersens van patiënten plaatsen

and record from thousands of their neurons without any risk to them.

en duizenden neuronen meten zonder enig risico.

And what we discovered, sort of to our surprise,

Tot onze verrassing ontdekten we

is that the neurons that we could identify

dat de neuronen die we konden waarnemen

were not responding to things like ideas or emotion,

niet reageerden op ideeën of emoties,

which was what we had expected.

wat we hadden verwacht.

They were mostly responding to things like Jennifer Aniston

Ze reageerden vooral op dingen als Jennifer Aniston

or Halle Berry

of Halle Berry

or Justin Trudeau.

of Justin Trudeau.

I mean --

Wat zal ik zeggen --

(Laughter)

(Gelach)

In hindsight, we shouldn't have been that surprised.

Dat was natuurlijk te verwachten.

I mean, what do your neurons spend most of their time thinking about?

Waar denken jullie neuronen de hele dag aan?

(Gelach)

(Laughter)

But really, the point is that

Wat belangrijk is,

this technology enabled us to begin studying neuroscience in individuals.

is dat de technologie ons hielp de hersenen van de mens te bestuderen.

So much like the transition to genetics, at the single cell level,

Net zoals ze genetisch onderzoek deden naar een enkele cel,

we started to study neuroscience, at the single human level.

deden wij neuronaal onderzoek op het niveau van een enkel individu.

But we weren't quite there yet.

Maar toen waren we er nog niet.

Because these technologies

Deze technologieën

were still restricted to medical applications,

waren vooralsnog beperkt tot medische toepassingen,

which meant that we were studying sick brains, not healthy brains.

waardoor we alleen zieke hersens konden onderzoeken en geen gezonde.

Because no matter how safe your technology is,

Hoe veilig je technologie ook is,

you can't stick something into someone's brain

je kan niet zomaar iets in iemands hersens steken

for research purposes.

voor het doen van onderzoek.

They have to want it.

Dat moeten ze wel willen.

And why would they want it?

En waarom zouden ze dat doen?

Because as soon as you have an electrical connection to the brain,

Een elektrische verbinding met het brein

you can use it to hook the brain up to a computer.

geeft je de mogelijkheid het brein aan te sluiten op een computer.

Oh, well, you know, the general public was very skeptical at first.

Je begrijpt, mensen waren daar eerst erg sceptisch over.

I mean, who wants to hook their brain up to their computers?

Wie wil z'n hersens aansluiten op een computer?

Well just imagine being able to send an email with a thought.

Maar stel je voor dat je een email kunt versturen met je gedachten.

(Laughter)

(Gelach)

Imagine being able to take a picture with your eyes, OK?

Of dat je een foto kan nemen met je ogen.

(Laughter)

(Gelach)

Imagine never forgetting anything anymore,

Stel je voor dat je nooit meer iets vergeet,

because anything that you choose to remember

omdat alles wat je wilt onthouden

will be stored permanently on a hard drive somewhere,

permanent wordt opgeslagen op een harde schijf

able to be recalled at will.

waar je altijd bij kan.

(Laughter)

(Gelach)

The line here between crazy and visionary

Het verschil tussen gek en visionair

was never quite clear.

was nooit erg duidelijk.

But the systems were safe.

Maar de systemen waren veilig.

So when the FDA decided to deregulate these laser-drilling systems, in 2043,

Dus toen de FDA deze laserboormachine in 2043 goedkeurde,

commercial demand just exploded.

schoot de commerciële vraag omhoog.

People started signing their emails,

Mensen ondertekenden hun e-mails met:

"Please excuse any typos.

"Sorry voor de typefouten,

Sent from my brain."

gestuurd vanuit mijn brein."

(Laughter)

(Gelach)

Commercial systems popped up left and right,

Commerciële bedrijven schoten uit de grond

offering the latest and greatest in neural interfacing technology.

met de laatste indrukwekkende brain-computer interface.

There were 100 electrodes.

Ze hadden 100 elektroden.

A thousand electrodes.

1000 elektroden.

High bandwidth for only 99.99 a month.

Hoge bandbreedte voor maar 99,99 per maand.

(Laughter)

(Gelach)

Soon, everyone had them.

Algauw had iedereen ze.

And that was the key.

Dit bleek essentieel.

Because, in the 2050s, if you were a neuroscientist,

Want een neurowetenschapper in de jaren 2050

you could have someone come into your lab essentially from off the street.

kon iemand van straat plukken en meenemen naar het lab.

And you could have them engaged in some emotional task

Daar kon je hun emoties testen,

or social behavior or abstract reasoning,

sociaal gedrag of abstract denken,

things you could never study in mice.

wat met muizen nooit had gekund.

And you could record the activity of their neurons

Je kon de activiteit van neuronen meten

using the interfaces that they already had.

met behulp van reeds aanwezige interfaces.

And then you could also ask them about what they were experiencing.

Je kon hen direct vragen wat ze ervoeren.

Zo werd de link tussen psychologie en neurowetenschappen,

So this link between psychology and neuroscience

that you could never make in the animals, was suddenly there.

wat je bij dieren niet kan onderzoeken,

ineens zichtbaar.

So perhaps the classic example of this

Een klassiek voorbeeld hiervan

was the discovery of the neural basis for insight.

is de neurale oorsprong van inzicht in de hersenen.

That "Aha!" moment, the moment it all comes together, it clicks.

De aha-erlebnis waarbij dingen tegelijk klikken in je hoofd.

And this was discovered by two scientists in 2055,

Dit werd in 2055 door twee wetenschappers ontdekt,

Barry and Late,

Barry en Late,

who observed, in the dorsal prefrontal cortex,

die in de dorsolaterale prefrontale cortex

how in the brain of someone trying to understand an idea,

ontdekten hoe in de hersenen van iemand die een idee probeert te snappen,

how different populations of neurons would reorganize themselves --

verschillende groepen neuronen zich reorganiseerden --

you're looking at neural activity here in orange --

hier in oranje de neurale activiteit --

until finally their activity aligns in a way that leads to positive feedback.

tot ze zo zijn gerangschikt dat het resulteert in positieve feedback.

Right there.

Kijk daar.

That is understanding.

Dat is begrip.

So finally, we were able to get at the things that make us human.

Eindelijk konden we bij de kern van het mens-zijn komen.

And that's what really opened the way to major insights from medicine.

En dat leidde tot belangrijke inzichten met betrekking tot medicatie.

Because, starting in the 2060s,

Vanaf de jaren 2060,

with the ability to record the neural activity

door het meten van hersenactiviteit

in the brains of patients with these different mental diseases,

in de hersenen van patiënten met uiteenlopende psychische stoornissen,

rather than defining the diseases on the basis of their symptoms,

in plaats van de stoornissen te bepalen aan de hand van de symptomen

as we had at the beginning of the century,

zoals we aan het begin van de eeuw deden,

we started to define them

gingen we uit van de werkelijke pathologie

on the basis of the actual pathology that we observed at the neural level.

zichtbaar op neuraal niveau.

So for example, in the case of ADHD,

In het geval van ADHD bijvoorbeeld,

we discovered that there are dozens of different diseases,

ontdekten we dat er tientallen verschillende ziektes zijn

all of which had been called ADHD at the start of the century,

die aan het begin van de eeuw allemaal ADHD werden genoemd,

that actually had nothing to do with each other,

maar die feitelijk los van elkaar stonden,

ook al hadden ze soortgelijke symptomen.

except that they had similar symptoms.

And they needed to be treated in different ways.

Elke vereist een andere behandeling.

So it was kind of incredible, in retrospect,

Achteraf was het ongelofelijk

that at the beginning of the century,

dat we rond het begin van de eeuw

we had been treating all those different diseases

al die verschillende ziektes behandelden

with the same drug,

met hetzelfde medicijn:

just by giving people amphetamine, basically is what we were doing.

iedereen kreeg amfetamine voorgeschreven.

Schizofrenie en depressie: zelfde verhaal.

And schizophrenia and depression are the same way.

So rather than prescribing drugs to people essentially at random,

In plaats van mensen willekeurig medicijnen voor te schrijven,

as we had,

zoals in het verleden,

we learned how to predict which drugs would be most effective

leerden we welk middel het meest effectief zou zijn

in which patients,

voor welke patiënt,

and that just led to this huge improvement in outcomes.

en dit gaf veel betere resultaten.

OK, I want to bring you back now to the year 2017.

Terug naar 2017.

Some of this may sound satirical or even far fetched.

Misschien klinken sommige dingen satirisch of vergezocht.

And some of it is.

Dat is ook zo.

I mean, I can't actually see into the future.

Ik kan niet in de toekomst kijken.

I don't actually know

Ik weet niet

if we're going to be drilling hundreds or thousands of microscopic holes

of we over 30 jaar honderden zo niet duizenden microscopische gaatjes

in our heads in 30 years.

in ons hoofd laten boren.

But what I can tell you

Wat ik wel weet,

is that we're not going to make any progress

is dat er geen vooruitgang mogelijk is

towards understanding the human brain or human diseases

in het begrijpen van het menselijk brein en menselijke ziektes

until we figure out how to get at the electrical activity of neurons

tot we bij de elektronische activiteit van neuronen kunnen komen

in healthy humans.

in gezonde mensen.

And almost no one is working on figuring out how to do that today.

Op dit moment wordt daar nog nauwelijks onderzoek naar gedaan.

That is the future of neuroscience.

Daar ligt de toekomst van de neurowetenschap.

And I think it's time for neuroscientists to put down the mouse brain

Het wordt tijd dat neurowetenschappers muizenhersenen overboord gooien

and to dedicate the thought and investment necessary

en zich inspannen, met de benodigde investeringen,

to understand the human brain and human disease.

om het menselijk brein en menselijke ziektes te doorgronden.

Thank you.

Bedankt.

(Applause)

(Applaus)