Ed Boyden: A light switch for neurons

Tłumaczenie: Dominik Rzepka Korekta: Rysia Wand

Pomyśl chwilę o swoim dniu.

Think about your day for a second.

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

Obudziłeś się, owiał cię wietrzyk przy wyjściu na dwór,

encountered new colleagues and had great discussions

poznałeś nowych ludzi, prowadziłeś ciekawe dyskusje,

byłeś zachwycony, gdy przeżyłeś coś nowego.

and felt in awe when you found something new.

Ale założę się, że jest coś, o czym nie myślałeś,

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

coś tak ci bliskiego,

something so close to home,

że pewnie w ogóle rzadko o tym myślisz.

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

Wszystkie odczucia, przeżycia,

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

decyzje i działania

są podejmowane przez komputer w twojej głowie

are mediated by the computer in your head

zwany mózgiem.

called your brain.

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

Może z zewnątrz nie wygląda on jak komputer --

kilka kilo szaro-różowego mięsa,

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

bezkształtnego,

amorphous.

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

ale ostatnie sto lat neurobiologii

przybliżyło nam mózg tak,

and to see the intricacy of what lies within.

że zobaczyliśmy zawiłość jego wnętrza.

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

Dowiedzieliśmy się, że mózg jest niezwykle skomplikowanym układem,

Dowiedzieliśmy się, że mózg jest niezwykle skomplikowanym układem,

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

złożonym z setek milionów komórek zwanych neuronami.

Now, unlike a human-designed computer,

W przeciwieństwie do komputerów zbudowanych przez człowieka,

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

w których nie ma zbyt wielu różnych części,

rozumiemy jak działają, bo sami je projektowaliśmy,

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

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

mózg składa się z tysięcy różnych rodzajów komórek,

może dziesiątek tysięcy.

maybe tens of thousands.

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

Mają różne kształty, inny budulec;

łączą różne części mózgu.

they project and connect to different brain regions.

Różnie zmieniają się też w różnych stadiach chorób.

They also change in different ways in different disease states.

Do rzeczy.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Jest rodzaj komórek,

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

dość niewielkich, które uciszają swoich sąsiadów.

To jedna z tych komórek, które zanikają przy schizofrenii.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

Nazywana jest komórką koszykową.

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

To jeden z tysięcy rodzajów komórek,

które poznajemy.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

Codzienne okrywa się nowe.

Drugi przykład:

As just a second example:

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

te duże komórki w kształcie piramidy

rozciągają się w znacznej części mózgu.

of the brain.

Można je pobudzać.

They're excitatory.

M.in. to one są nadaktywne

And these are some of the cells that might be overactive

przy schorzeniach takich jak epilepsja.

in disorders such as epilepsy.

Każda z nich

Every one of these cells is an incredible electrical device.

to niezwykłe urządzenie elektryczne.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Dostają sygnały od tysięcy komórek-nadawców

i obliczają swoje własne sygnały,

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

które, jeśli przekroczą pewien próg,

zostaną przesłane do tysięcy komórek-odbiorców.

will go to thousands of downstream partners.

Cały ten proces trwa może milisekundę,

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

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

wydarza się tysiące razy na minutę

w każdej ze 100 miliardów komórek,

as long as you live and think and feel.

dopóki żyjesz, myślisz i czujesz.

dopóki żyjesz, myślisz i czujesz.

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

Jak możemy zrozumieć działanie tego układu?

W teorii, można by w każdej części

Ideally, we could go through this circuit

włączać i wyłączać różne rodzaje komórek

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

próbując zrozumieć,

which ones contribute to certain functions

które zawiadują konkretnymi funkcjami,

and which ones go wrong in certain pathologies.

a które degenerują się w patologiach.

Mogąc uaktywniać komórki, zobaczylibyśmy jakie spełniają funkcje,

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

co mogą uruchomić i podtrzymać.

what they can initiate and sustain.

Mogąc je wyłączać

If we could turn them off,

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

zrozumielibyśmy do czego służą.

O tym zamierzam dziś opowiedzieć.

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

Szczerze mówiąc przez ostatnie 11 lat

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

szukaliśmy sposobów

through an attempt to find ways

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

na włączanie i wyłączanie

układów, komórek, części i ścieżek w mózgu

on and off,

zarówno aby zrozumieć naukę,

both to understand the science

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

jak i zmierzyć się z problemami

przed którymi stają wszyscy ludzie.

Now, before I tell you about the technology,

Zanim opowiem o technologii, mam złą wiadomość.

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

Większość z nas na sali,

jeżeli pożyjemy dostatecznie długo,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

czeka pewnie zaburzenie pracy mózgu.

Już teraz miliard ludzi

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

cierpi na jakieś zaburzenia mózgowe,

które ich ubezwłasnowolniają.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

Liczby nie oddają w pełni sytuacji.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Te choroby: schizofrenia, Alzeimer,

depresja, uzależnienia,

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

nie tylko skracaja życie, ale także nas zmieniają;

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

zabierają nam tożsamość i wpływają na emocje,

and change who we are as people.

stajemy się innymi ludźmi.

Now, in the 20th century,

W XX wieku

nabraliśmy nadziei

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

dzięki rozwojowi leków na schorzenia mózgu

Chociaż powstało wiele leków

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

łagodzących symptomy zaburzeń,

praktycznie żaden nie potrafi ich całkowicie wyleczyć.

practically none of them can be considered to be cured.

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

Częściowo dlatego, że kąpiemy mózg w chemikaliach.

we're bathing the brain in a chemical --

Ten wyszukany układ,

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

złożony z tysięcy różnego rodzaju komórek

nurza się w chemii.

is being bathed in a substance.

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

Dlatego większość, jeżeli nie wszystkie leki na rynku

powoduja zwykle silne efekty uboczne.

can present some kind of serious side effect too.

Część ludzi doznała ulgi

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

dzięki elektrycznym stymulatorom wszczepionym do mózgu.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

W chorobie Parkinsona

implanty ślimakowe

These have indeed been able to bring some kind of remedy

rzeczywiście były w stanie

przynieść poprawę

to people with certain kinds of disorders.

ludziom z pewnymi schorzeniami.

But electricity also will go in all directions --

Jednak prąd płynie w wielu kierunkach,

the path of least resistance --

po linii najmniejszego oporu,

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

skąd właśnie pochodzi to powiedzenie.

and will also affect normal circuits,

Działa i na zdrowe i na uszkodzone części, wymagające naprawy.

as well as the abnormal ones you want to fix.

Znowu wracamy do koncepcji

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

ultra-precyzyjnego sterowania.

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

Czy można wysłać informację dokładnie tam, gdzie chcemy ?

Zanim 11 lat temu zająłem się neurobiologią,

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

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

studiowałem elektronikę i fizykę.

the first thing I thought about was,

Od razu przyszło mi do głowy,

if these neurons are electrical devices,

że skoro neurony są sterowane elektrycznie,

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

trzeba jedynie znaleźć sposób

na generowanie sygnałów elektrycznych na odległość.

at a distance.

Gdyby udało się pobudzić prąd pojedyńczej komórki

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

bez pobudzania sąsiednich,

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

otrzymamy narzędzie do włączania i wyłączania każdej z nich,

i zrozumienia, jak działają

to figure out what they do

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

i jak wpływają na swoje układy.

Dałoby to nam ultra-precyzyjną kontrolę,

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

potrzebną do naprawy fragmentów, które szwankują.

to fix the circuit computations that have gone awry.

potrzebną do naprawy fragmentów, które szwankują.

Now, how are we going to do that?

Jak tego dokonamy?

Well, there are many molecules that exist in nature

W przyrodzie jest wiele cząsteczek,

które potrafią zamieniać światło na prąd.

which are able to convert light into electricity.

Można je sobie wyobrazić jako białka

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

działające jak baterie słoneczne.

If we install these molecules in neurons somehow,

Gdyby jakoś zainstalować te cząsteczki w neuronach,

then these neurons would become electrically drivable with light,

moglibyśmy pobudzać neurony światłem.

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

Sąsiednie komórki, bez cząsteczki, nie reagowałyby.

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

Trzeba się posłużyć pewną sztuczką.

Mianowicie dostarczyć światło do mózgu.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

Mózg nie czuje bólu. Korzystając z rozwiązań

Taking advantage of all the effort

Mózg nie czuje bólu. Korzystając z rozwiązań

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

stosowanych w internecie, telekomunikacji itp.

you can put optical fibers connected to lasers

można użyć światłowodów połączonych z laserami,

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

dzięki którym można pobudzać neurony np. u zwierząt

w badaniach przedklinicznych,

these neurons and see what they do.

i obserwować ich zachowania.

Jak to robimy?

So how do we do this?

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

Około 2004 r.

we współpracy z Gerhardem Nagelem i Karlem Deisserothem,

this vision came to fruition.

zaczęliśmy realizację tej wizji.

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

Istnieje pewien gatunek dzikich alg,

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

które poruszają się w stronę światła,

aby zoptymalizować fotosyntezę.

And it senses light with a little eyespot,

Odbierają one światło małą plamką oczną,

which works not unlike how our eye works.

która działa nieco inaczej niż nasze oczy.

In its membrane, or its boundary,

W jej zewnętrznej błonie

it contains little proteins

znajdują się białka,

które potrafią zamienić światło na prąd.

that indeed can convert light into electricity.

Te cząsteczki to rodopsyny kanałowe.

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

Każde z tych białek działa jak ogniwo słoneczne.

that I told you about.

Gdy pada na nie niebieskie światło, otwiera niewielki otwór

When blue light hits it,

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

i wpuszcza naładowane cząsteczki do plamki ocznej.

Dzięki temu plamka oczna ma swój sygnał elektryczny,

that allows this eyespot to have an electrical signal,

zupełnie jak ogniwo słoneczne ładujące baterię.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

Potrzebujemy teraz wziąć te białka

i zainstalować je jakoś w neuronach.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

Ponieważ są to białka,

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

są zakodowane w DNA organizmu.

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

Musimy tylko wyciąć to DNA,

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

wstawić je do nośnika terapii genowej, np. wirusa,

and put it into neurons.

i wysłać go do neuronów.

And this was a very productive time in gene therapy,

Był to bardzo twórczy okres w terapiach genowych

and lots of viruses were coming along,

i pojawiało się mnóstwo wirusów.

so this turned out to be fairly simple.

Zadanie okazało się proste.

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

Pewnego ranka w lecie 2004 roku,

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

spróbowaliśmy i zadziałało za pierwszym razem.

Pobraliśmy DNA i wstawiliśmy je do neuronu.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

Neuron użył własnej maszynerii

to fabricate these little light-sensitive proteins

do produkcji światłoczułych białek

i rozmieszczenia ich po całej komórce,

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

tak jak rozmieszcza się panele słoneczne na dachu.

And the next thing you know,

Otrzymaliśmy zatem neuron uruchamiany światłem.

you have a neuron which can be activated with light.

Otrzymaliśmy zatem neuron uruchamiany światłem.

To potężne narzędzie.

So this is very powerful.

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

Trzeba teraz wykombinować

jak dostarczyć te geny tylko do wybranej komórki,

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

a nie do sąsiednich.

Można zaprogramować wirusa,

And you can do that;

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

żeby atakował tylko niektóre komórki.

Można wykorzystać jeszcze inne genetyczne triki,

And there's other genetic tricks you can play

żeby otrzymać komórki pobudzane światłem.

in order to get light-activated cells.

Ta dziedzina nazywa się teraz "optogenetyka".

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

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

To tylko niektóre przykłady możliwości.

W skomplikowanej sieci

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

można użyć wirusa do dostarczenia genu

do wybranego typu komórki w gęstej sieci.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

Gdy oświetlimy całą sieć,

just that cell type will be activated.

tylko jeden rodzaj komórek zareaguje.

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

Weźmy np. komórkę koszykową, o której mówiłem,

która zanika przy schizofrenii

the one that's atrophied in schizophrenia

i działa hamująco.

and the one that is inhibitory.

Jeśli dostarczymy gen do tych komórek,

If we can deliver that gene to these cells --

o ile oczywiście sam gen nie zakłóci ich działania,

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

i oświetlimy cały mózg niebieskim światłem,

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

tylko te komórki zostaną pobudzone.

Gdy światło zgaśnie, komórki wracają do normalnego stanu,

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

więc wydaje się, że im to nie przeszkadza.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

Można nie tylko badać ich działanie,

what their power is in computing in the brain,

ich wpływ na funkcjonowanie mózgu,

ale również sprawdzić,

you can also use this to try to figure out

czy dałoby się "podkręcić" ich aktywność,

if we could jazz up the activity of these cells

przy faktycznym zanikaniu.

if indeed, they're atrophied.

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

Chciałbym opowiedzieć wam parę historii

o użyciu tej techniki,

both at the scientific clinical and preclinical levels.

zarówno pod kątem naukowym, leczniczym jak i zapobiegawczym

One of the questions that we've confronted is:

M.in. chcieliśmy wiedzieć,

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

które sygnały mózgowe uczestniczą w układzie nagrody.

Because if you could find those,

Gdybyśmy je znaleźli,

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

można by z ich pomocą nakłaniać do nauki.

Mózg zrobi wszystko, aby zdobyć nagrodę.

the brain will do more of what got that reward.

Wypaczenia tych sygnałów towarzyszą m.in. uzależnieniom.

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

Gdybyśmy zlokalizowali te komórki,

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

być może udałoby się znaleźć nowe cele,

na które powinny oddziaływać nowe leki,

for which drugs can be designed or screened against

albo miejsca, w których trzeba umieścić elektrody

or maybe places where electrodes could be put in

u poważnie chorych ludzi.

for people who have severe disability.

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

W tym celu wymyśliliśmy prosty eksperyment

we współpracy z grupą Fiorella.

in collaboration with the Fiorillo group,

Podchodząc do jednej strony pudełka

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

zwierzę wywoła impuls światła,

it gets a pulse of light.

które uwrażliwia na światło różne komórki mózgowe.

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

Jeżeli te komórki pobudzają układ nagrody,

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

zwierzę powinno podchodzić bez przerwy.

I tak się właśnie dzieje.

And that's what happens.

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

Zwierzę podchodzi z prawej strony i wsadza nos.

Dostaje za każdym razem impuls niebieskiego światła.

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

Będzie to robiło tysiące razy.

He'll do that hundreds of times.

To neurony dopaminy,

These are the dopamine neurons,

w ośrodkach przyjemności mózgu.

in some of the pleasure centers in the brain.

Pokazaliśmy, że ich pobudzenie

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

potrafi nakłonić do nauki.

Możemy uogólnić ten pomysł.

Now we can generalize the idea.

Zamiast jednego punktu w mózgu,

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

możemy stworzyć urządzenia obejmujące cały mózg,

dostarczające światło wg. trójwymiarowych wzorów,

that can deliver light into three-dimensional patterns --

wiązki światłowodów,

arrays of optical fibers,

każdy zasilany niezależnym źródłem światła.

each coupled to its own independent miniature light source.

Spróbujemy zrobić na żywo to,

Then we can try to do things in vivo

co dotąd przeprowadzano tylko w próbówce:

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

szerokopasmowe obrazowanie całego mózgu

dla sygnałów umożliwiających jego sterowanie.

for the signals that can cause certain things to happen

Można by z nich korzystać

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

w leczeniu schorzeń mózgu.

Chcę wam opowiedzieć

One story I want to tell you about is:

w jaki sposób leczymy zespół stresu pourazowego,

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

niekontrolowane lęki i strach.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

M.in. przyjęliśmy klasyczny model strachu.

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

M.in. przyjęliśmy klasyczny model strachu.

This goes back to the Pavlovian days.

Sięga czasów Pawłowa.

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

W tzw. pawłowowskim warunkowaniu lęku

dźwięk kończy się krótkim wstrząsem.

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

Wstrząs nie jest bolesny, ale dość irytujący.

Z czasem mysz, którą się posłużyliśmy,

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

bo zwykle używa się myszy w takich eksperymentach,

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

mysz uczy się bać tego dźwięku.

the animal learns to fear the tone.

Na ten dźwięk zastyga,

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

jak jeleń w świetle reflektorów.

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

Zapytaliśmy: które miejsca w mózgu

that allow us to overcome this fear?

pomogłyby opanować ten strach?

Puszczamy więc dźwięk ponownie,

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

po tym jak został skojarzony ze strachem.

Ale pobudzamy w mózgu inne miejsca,

But we activate different targets in the brain,

używając światłowodów, o których wcześniej mówiłem,

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

aby sprawdzić, które rejony spowodują,

in order to try and figure out

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

że mózg przezwycięży wspomnienie strachu.

Ten krótki film pokazuje jeden z rejonów,

This brief video shows you one of these targets

nad którymi pracujemy.

that we're working on now.

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

To okolica kory przedczołowej,

gdzie świadomie próbujemy opanować negatywne stany emocjonalne.

to try to overcome aversive emotional states.

Zwierzę usłyszy dźwięk -- pojawia się tu błysk światła.

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

Nie słychać dźwięku, ale widzicie, że zwierzę zastyga.

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

Ten dźwięk oznaczał coś złego.

the tone used to mean bad news.

W dolnym lewym rogu jest zegar,

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

można zobaczyć, że mysz tkwi w tym stanie przez 2 minuty.

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

A tu drugi klip,

This next clip is just eight minutes later.

8 minut później.

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

Zabrzmi ten sam dźwięk, a światło znowu się zaświeci.

Zaczyna się. Teraz.

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

W 10-minutowym eksperymencie,

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

nauczyliśmy mózg przez pobudzanie światłem tej części,

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

aby przezwyciężał wspomnienia strachu.

to overcome the expression of this fear memory.

aby przezwyciężał wspomnienia strachu.

W ostatnich latach wróciliśmy do drzewa życia,

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

chcąc znaleźć sposoby na wyłączanie obwodów mózgu.

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

Gdybyśmy je znaleźli, byłoby to potężne narzędzie.

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

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

Deaktywując komórki na kilka milisekund lub sekund,

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

można by się dowiedzieć, jaką grają rolę

w sieciach, do których należą.

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

Zlustrowaliśmy organizmy z całego drzewa życia,

każde królestwo życia, poza zwierzętami, wygląda inaczej.

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

Znaleźliśmy różne cząsteczki, jak halorodopsyna lub archeorodopsyna,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

które reagują na zielone i żółte światło.

that respond to green and yellow light.

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

Zachowują się odwrotnie od cząsteczek, o których już mówiłem,

zawierających aktywator niebieskiego światła, rodopsynę kanałową.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

Podam przykład, do czego naszym zdaniem zmierzamy.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Rozważmy np. epilepsję,

where the brain is overactive.

w której mózg jest nadaktywny.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Jeżeli zawiodą leki,

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

czasem usuwa się częśc mózgu.

To oczywiście nieodwracalne i powoduje efekty uboczne.

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

Może moglibyśmy wyłączyć na chwilę tę część,

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

dopóki atak nie przejdzie,

until the seizure dies away,

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

i skłonić mózg do powrotu do stanu początkowego,

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

tak, jak układ dynamiczny, który zostaje ustabilizowany.

Animacja tłumaczy tą koncepcję,

This animation tries to explain this concept

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

gdzie na komórki, które można wyłączyć światłem,

puszczamy promień światła,

and we beam light in,

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

na tyle ile potrzeba, by stłumić atak,

w nadziei, że uda się go całkiem wyłączyć.

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

Nie mamy danych, które mógłbym tu przedstawić,

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

ale bardzo nas to ekscytuje.

but we're very excited about this.

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

Chciałbym zakończyć historią o kolejnej możliwości.

Chciałbym zakończyć historią o kolejnej możliwości.

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

Przy ultra-precyzyjnym sterowaniu

te cząsteczki można by zastosować w samym mózgu

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

do nowego rodzaju protetyki, protetyki optycznej.

an optical prosthetic.

Mówiłem już, że rozpowszechniły się stymulatory elektryczne.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

75 tys. chorych na Parkinsona ma wszczepione rozruszniki DBS.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

Jakieś 100 tys. ludzi ma implanty ślimakowe,

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

umożliwiające słyszenie.

Pozostaje kwestia dostarczenia tych genów do komórek.

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

W terapii genowej pojawiła się nowa nadzieja:

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

wirusy takie jak adenowirusy,

które prawdopodobnie ma większość z nas na sali,

which probably most of us around this room have;

a nie powodują żadnych objawów,

it doesn't have any symptoms --

były stosowane na setkach pacjentów

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

do dostarczania genów do mózgu lub ciała.

And so far, there have not been serious adverse events

Jak dotąd nie spotkano poważnych skutków ubocznych

związanych z tym wirusem.

associated with the virus.

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

Oczywistym, choć ignorowanym elementem są same białka,

which come from algae, bacteria and funguses

zapoczątkowane przez algi, bakterie i grzyby,

and all over the tree of life.

i odnajdywane we wszystkich gatunkach.

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

Większość z nas nie ma w mózgu grzybów i alg,

jak więc zareagowałby na nie mózg?

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

Czy komórki będą je tolerować? Czy zareaguje system odpornościowy?

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

Chociaż jeszcze nie na ludziach,

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

ale pracujemy nad różnymi badaniami,

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

które mają to sprawdzić.

Na razie nie widzieliśmy żadnych wyraźnych reakcji

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

na te cząsteczki

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

lub na oświetlanie mózgu światłem.

To początki, ale nas bardzo intrygują.

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

Na koniec powiem o czymś,

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

co można by potencjalnie zastosować w leczeniu klinicznym.

co można by potencjalnie zastosować w leczeniu klinicznym.

Now, there are many forms of blindness

Istnieje wiele rodzajów ślepoty,

w których fotoreceptory,

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

nasze fotodetektory na dnie oka, zanikają.

are gone.

And the retina is a complex structure.

Siatkówka ma oczywiście skomplikowaną strukturę.

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

Przybliżmy tu, żeby zobaczyć szczegóły.

Komórki fotoreceptorów są pokazane na górze.

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

Sygnały odebrane przez fotoreceptory

zostają odpowiednio przetworzone,

via various computations

aż w końcu docierają na dól, do komórek przedzwojowych,

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

przekazujących informację do mózgu,

relay the information to the brain,

gdzie odbieramy ją jako widzenie.

where we see that as perception.

W wielu rodzajach ślepoty, np. retinopatii barwnikowej,

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

lub zwyrodnieniu plamki żółtej,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

komórki fotoreceptorów zanikają lub są zniszczone.

Now, how could you repair this?

Jak możemy to naprawić?

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

Nie jest w ogóle pewne, czy leki potrafiłyby je przywrócić,

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

bo nie ma tu nic, co mogłoby się zagoić.

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

Z drugiej strony, światło wciąż dostaje się do oka.

Oko jest wciąż przezroczyste i przepuszcza światło.

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

Gdybyśmy tak wzięli rodopsyny kanałowe i inne cząsteczki,

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

zainstalowali je na niektórych zapasowych komórkach

and install them on some of these other spared cells

i zamienili je na małe kamery?

and convert them into little cameras?

Ponieważ w oku jest tak wiele komórek

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

potencjalnie mogłyby to być kamery o wysokiej rozdzielczości.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

To jest część naszej pracy.

This is some work that we're doing,

Prowadzi je jeden z naszych współpracowników,

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

Alan Horsager z Uniwersytetu Kalifornii.

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

zaś firma Eos Neuroscience próbuje je skomercjalizować

dzięki funduszom Narodowego Instytutu Zdrowia.

which is funded by the NIH.

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

Widzicie tu mysz próbującą przejść przez labirynt.

To labirynt sześcioramienny. Jest w nim trochę wody,

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

żeby nakłonić mysz do ruchu, inaczej siedziałaby w miejscu.

Celem jest oczywiście wyjście z wody na małą platformę,

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

Celem jest oczywiście wyjście z wody na małą platformę,

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

tuż pod powierzchnią oświetlonej górnej zatoczki.

Myszy są sprytne, więc w końcu jej się udaje,

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

but he does a brute-force search.

ale robi to metodą siłową.

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

Przepływa każdą alejkę póki nie dotrze do plaftormy.

He's not using vision to do it.

Nie wykorzystuje więc wzroku.

These different mice are different mutations

Te myszy należą do różnych mutacji,

odpowiadających rodzajom ślepoty dotykającej ludzi.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

Przyglądaliśmy się tym modelom uważnie

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

i wypracowaliśmy ogólne podejście.

so we come up with a generalized approach.

Jak chcemy to rozwiązać?

So how can we solve this?

Zrobimy właśnie to, co pokazaliśmy na poprzednim slajdzie.

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

Weźmiemy niebieskoczułe fotosensory,

We'll take these blue light photo sensors

mieścimy je na warstwie komórek,

and install them onto a layer of cells

w środku siatkówki na dnie oka

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

and convert them into a camera --

i zrobimy z nich kamerę.

just like installing solar cells all over those neurons

To jakby instalować na neuronach panele słoneczne,

aby uwrażliwić je na światło.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

Światło jest zamieniane na prąd.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Ta mysz była ślepa kilka tygodni przed eksperymentem

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

i otrzymała dawkę fotoczułych cząstek w wirusie.

Widać teraz, że zwierzę rzeczywiście potrafi unikać ścianek

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

i dociera do platformy,

and go to this little platform

znowu świadomie używając wzroku.

and make cognitive use of its eyes again.

Podkreślę siłę tego sposobu:

And to point out the power of this:

te zwierzęta są w stanie dotrzeć do platformy

these animals can get to that platform

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

równie szybko jak te, które widziały przez całe życie.

Te przedkliniczne badania,

So this preclinical study, I think, bodes hope

wróżą przyszłość metodom,

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

które chcielibyśmy stosować w przyszłości.

Chcę zaznaczyć, że badamy również modele biznesowe

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

dla tego nowego działu neurotechnologii.

Tworzymy te narzędzia,

We're developing tools and sharing them freely

ale dzielimy się nimi z setkami grup na całym świecie,

with hundreds of groups all over the world

aby umożliwić badania i leczenie różnych schorzeń.

for them to study and try to treat different disorders.

Mamy nadzieję, że poprzez zrozumienie działania mózgu

Our hope is that by figuring out brain circuits

na poziomie który pozwoli nam na jego naprawę i konstrukcję,

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

zajmiemy się nieuleczalnymi chorobami, o których wcześniej mówiłem,

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

z których żadna nie została dotąd pokonana,

practically none of which are cured,

zaś w XXI wieku staną się tylko historią.

and in the 21st century, make them history.

Dziękuję.

Thank you.

(Applause)

(Oklaski)

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

Juan Enriquez: Temat jest trochę ciężkawy.

(Laughter)

(Śmiech)

Ale skutki

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

możliwości kontrolowania napadów epilepsji

with light instead of drugs

poprzez światło, zamiast leków,

and being able to target those specifically

i możliwości precyzyjnego wybierania celu

is a first step.

to pierwszy krok.

The second thing that I think I heard you say

Druga rzecz, którą tu usłyszałem,

is you can now control the brain in two colors,

że można kontrolować mózg dwoma kolorami.

Jak przełącznikiem włącz/wyłącz.

like an on-off switch.

Ed Boyden: To prawda.

Ed Boyden: That's right.

JE: Czyli impulsy dochodzące do mózgu są zakodowanie binarnie.

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

EB: Zgadza się.

EB: Right.

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

Używając niebieskiego światła możemy wysyłać informację, jedynkę.

Wyłączając je dostajemy coś w rodzaju zera.

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

Mamy nadzieję zbudować kiedyś koprocesory.

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

działające z mózgiem,

do wspomagania czynności osób niepełnosprawnych.

so we can augment functions in people with disabilities.

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

JE: Teoretycznie znaczy to,

że to, jak mysz czuje, wącha,

słyszy, dotyka,

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

można wymodelować jako ciąg zer i jedynek.

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

EB: Jasne. Chcemy w ten sposób testować,

które kody nerwowe powodują dane zachowania,

what neural codes can drive certain behaviors

pewne myśli i uczucia,

and certain thoughts and certain feelings

i wykorzystać to do lepszego zrozumienia mózgu.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

JE: Czy to znaczy, że pewnego dnia będziecie mogli pobrać wspomnienia

and maybe upload them?

albo wgrać je do mózgu ?

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

EB: Zaczynamy ciężką pracę nad czymś takim.

Pracujemy teraz na projektem,

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

w którym chcemy obłożyć mózg urządzeniami nagrywającymi.

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

Aby można było nagrać informację i wgrać ją ponownie,

sort of computing what the brain needs

takie przeliczania potrzeb mózgu,

in order to augment its information processing.

żeby usprawnić przetwarzanie w nim informacji

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

JE: To może zmienić parę rzeczy. Dziękuję (EB: Dziękuję)

EB: Thank you.

(Oklaski)

(Applause)