Ed Boyden: A light switch for neurons

Ed Boyden: Um interruptor para os neurônios

Tradutor: Roberto Paes Revisor: Wesley Oliveira

Pense no dia de vocês por um segundo.

Think about your day for a second.

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

Vocês acordaram, sentiram o ar fresco no rosto quando saíram pela porta,

encountered new colleagues and had great discussions

conheceram colegas novos e tiveram discussões interessantes,

e sentiram-se maravilhados ao descobrirem algo novo.

and felt in awe when you found something new.

Mas eu aposto que há algo em que vocês não pensaram hoje –

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

algo tão familiar

something so close to home,

que provavelmente nem pensam nisto com frequência.

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

É que todas as sensações, sentimentos,

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

decisões e ações

são mediadas pelo computador que está nas suas cabeças

are mediated by the computer in your head

chamado cérebro.

called your brain.

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

Visto de fora, o cérebro pode não parecer grande coisa –

um quilo e pouco de matéria rosa-cinzenta,

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

amorfa –

amorphous.

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

mas os últimos 100 anos da neurociência

nos permitiram ver o cérebro de perto,

and to see the intricacy of what lies within.

e notar a complexidade do que está por dentro.

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

E isso nos mostrou que esse cérebro

é um circuito incrivelmente complexo

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

composto por centenas de milhões de células chamadas neurônios.

Now, unlike a human-designed computer,

Ao contrário de um computador projetado pelo Homem,

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

em que há um número relativamente pequeno de partes diferentes –

nós sabemos como funcionam, porque fomos nós que as concebemos –

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

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

o cérebro é feito de milhares de tipos de células diferentes,

talvez dezenas de milhares.

maybe tens of thousands.

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

Elas têm diferentes formas; são feitas de diversas moléculas;

e elas projetam e se conectam com diferentes regiões cerebrais.

they project and connect to different brain regions.

E também se modificam conforme o estado de diferentes doenças.

They also change in different ways in different disease states.

Vamos tornar isso concreto.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Há uma classe de células,

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

uma célula relativamente pequena, inibitória, que acalma as suas vizinhas.

É uma das células que parece estar atrofiada em casos como a esquizofrenia.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

Chama-se "basket cell" [célula em forma de cesta].

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

E essa é uma entre mil tipos de células

sobre as quais estamos aprendendo.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

São descobertas novas células todos os dias.

Como segundo exemplo:

As just a second example:

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

há células piramidais, células grandes,

elas podem ocupar um espaço significativo do cérebro.

of the brain.

Elas são excitatórias.

They're excitatory.

E estas são algumas das células

And these are some of the cells that might be overactive

que podem estar hiperativas em doenças como a epilepsia.

in disorders such as epilepsy.

Cada uma destas células

Every one of these cells is an incredible electrical device.

é um incrível dispositivo elétrico.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Elas recebem impulsos de milhares de parceiros superiores

e calculam suas próprias respostas elétricas,

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

que, caso passem um certo campo,

chegam a milhares de parceiros inferiores.

will go to thousands of downstream partners.

E este processo, que dura apenas cerca de um milissegundo,

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

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

acontece milhares de vezes por minuto

em cada uma das suas 100 bilhões de células,

as long as you live and think and feel.

enquanto vocês viverem,

pensarem e sentirem.

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

Então, como vamos descobrir o que este circuito faz?

O ideal seria irmos através do circuito

Ideally, we could go through this circuit

ligando e desligando esses diferentes tipos de células

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

para ver se descobrimos

which ones contribute to certain functions

quais contribuem para certas funções

and which ones go wrong in certain pathologies.

e quais funcionam mal em certas patologias.

Se pudéssemos ativar células, poderíamos ver que poderes podem desencadear,

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

que processos podem iniciar e sustentar.

what they can initiate and sustain.

Se pudéssemos desligá-las,

If we could turn them off,

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

então poderíamos tentar descobrir para que são necessárias.

E esta é a história que vou contar hoje.

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

E, honestamente, nós temos andado por aqui nos últimos 11 anos,

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

tentando descobrir maneiras

through an attempt to find ways

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

de modificar circuitos, células, regiões e caminhos do cérebro

ligados e desligados,

on and off,

tanto para entendermos a ciência,

both to understand the science

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

como para confrontar algumas questões

a respeito de todos os humanos.

Now, before I tell you about the technology,

Antes de falar sobre a tecnologia,

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

a má noticia é que uma parte significativa de nós nesta sala,

se vivermos tempo suficiente,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

vai enfrentar, talvez, uma desordem cerebral.

Atualmente, bilhões de pessoas

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

tiveram algum tipo de distúrbio cerebral

que os deixou incapacitados.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

E ainda assim os números não fazem justiça.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Estes distúrbios – esquizofrenia, Alzheimer,

depressão, dependência –

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

não só nos tiram tempo de vida, como mudam quem somos;

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

roubam a nossa identidade e alteram nossas emoções –

and change who we are as people.

e mudam quem somos como pessoas.

Now, in the 20th century,

No século 20,

havia alguma esperança que surgiu

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

com o desenvolvimento de medicamentos para tratar distúrbios cerebrais.

E enquanto foram desenvolvidos muitos medicamentos

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

que podem aliviar os sintomas dos distúrbios cerebrais,

praticamente nenhum deles pode ser considerado curável.

practically none of them can be considered to be cured.

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

E parte disso porque mergulhamos o cérebro em drogas.

we're bathing the brain in a chemical --

Este circuito elaborado

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

feito de milhares de diferentes tipos de células

está sendo mergulhado em substâncias.

is being bathed in a substance.

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

É também por isso, talvez, que a maioria, mas não todas, das drogas no mercado,

pode apresentar efeitos colaterais severos.

can present some kind of serious side effect too.

Algumas pessoas têm tirado algum consolo

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

de estimuladores elétricos que são implantados no cérebro.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

E para o Mal de Parkinson,

os implantes cocleares,

These have indeed been able to bring some kind of remedy

estes têm sido, na verdade,

capazes de proporcionar algum tipo de recuperação

to people with certain kinds of disorders.

a pessoas com certo tipo de distúrbios.

But electricity also will go in all directions --

Mas a eletricidade se estende em todas as direções –

the path of least resistance --

o caminho de menor resistência,

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

que é de onde, em parte, vem a expressão.

and will also affect normal circuits,

E vai afetar tanto os circuitos normais quanto os que se quer curar

as well as the abnormal ones you want to fix.

Novamente, nós retomamos a ideia

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

de controle ultra-preciso.

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

Podemos enviar informação exatamente aonde queremos que ela vá?

Quando comecei na neurociência, há 11 anos,

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

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

trabalhei como engenheiro eletrônico e como físico,

the first thing I thought about was,

e a primeira coisa em que pensei foi,

if these neurons are electrical devices,

se estes neurônios são dispositivos elétricos,

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

tudo o que precisamos fazer é encontrar uma maneira

de controlar essas alterações elétricas à distância.

at a distance.

Se pudéssemos ativar a eletricidade em uma célula,

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

mas não nas vizinhas,

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

isso nos daria a ferramenta necessária para ativar e desativar essas diferentes células,

descobrir o que elas fazem e como contribuem

to figure out what they do

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

com as redes em que estão envolvidas.

Além disso, nos permitiria ter o controle ultra-preciso de que precisamos

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

para corrigirmos os cálculos do circuito

to fix the circuit computations that have gone awry.

que não deram certo.

Now, how are we going to do that?

E como vamos fazer isso?

Well, there are many molecules that exist in nature

Bem, existem muitas moléculas na natureza,

que são capazes de converter luz em eletricidade.

which are able to convert light into electricity.

Vocês podem pensar nelas como pequenas proteínas

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

que funcionam como células solares.

If we install these molecules in neurons somehow,

Se pudermos instalar estas moléculas em neurônios,

then these neurons would become electrically drivable with light,

então esses neurônios seriam eletricamente controláveis pela luz.

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

E seus vizinhos, que não teriam essa molécula, não.

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

Há outro truque mágico necessário para isso acontecer,

que é a capacidade de levar luz para dentro do cérebro.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

Para fazer isso – o cérebro não sente dor – pode-se colocar –

Taking advantage of all the effort

se aproveitando de todo o esforço

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

dirigido para a internet e comunicações e tudo o mais –

you can put optical fibers connected to lasers

fibra óptica conectada a lasers

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

que se pode usar para ativar, em cobaias animais por exemplo,

em estudos pré-clínicos,

these neurons and see what they do.

esses neurônios e ver o que eles fazem.

Como fazer isso?

So how do we do this?

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

Por volta de 2004,

com a colaboração de Gerhard Nagel e Karl Deisseroth,

this vision came to fruition.

essa visão se concretizou.

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

Existe uma alga aquática,

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

que precisa navegar na direção da luz

para conseguir fotossintetizar perfeitamente.

And it senses light with a little eyespot,

A alga detecta a luz com uma espécie de olho,

which works not unlike how our eye works.

que funciona de uma maneira não muito distinta dos nossos olhos.

In its membrane, or its boundary,

Na sua membrana, ou nos seus limites,

it contains little proteins

existem pequenas proteínas

que na verdade convertem luz em eletricidade.

that indeed can convert light into electricity.

Estas moléculas chamam-se "channelrhodospins".

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

E cada uma dessas proteínas age como a célula solar de que falei.

that I told you about.

Quando a luz azul lhe atinge, abre um pequeno buraco

When blue light hits it,

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

e permite que as partículas carregadas entrem no olho.

Isto faz com que este olho tenha um sinal elétrico

that allows this eyespot to have an electrical signal,

tal como uma célula solar carregando uma bateria.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

Então, o que temos de fazer é pegar essas moléculas e,

de alguma maneira, instalá-las nos neurônios.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

E por ser uma proteína,

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

elas são codificadas pelo DNA desse organismo.

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

Então tudo que precisamos de fazer é pegar nesse DNA,

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

colocá-lo num vetor de terapia genética, como um vírus,

and put it into neurons.

e introduzi-lo nos neurônios.

And this was a very productive time in gene therapy,

Este acabou se tornando um momento muito produtivo na terapia genética,

and lots of viruses were coming along,

e muitos vírus colaboraram.

so this turned out to be fairly simple.

E isto tornou-se muito simples de fazer.

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

E assim, numa manhã do verão de 2004,

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

nós decidimos arriscar, e funcionou na primeira tentativa.

Pega-se neste DNA e coloca-se no neurônio.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

O neurônio usa seu mecanismo natural de produção de proteínas

to fabricate these little light-sensitive proteins

para fabricar essas proteínas sensíveis à luz

e instalá-las em toda a célula,

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

como se colocasse painéis solares num telhado.

And the next thing you know,

E a próxima coisa que se sabe,

you have a neuron which can be activated with light.

é que temos um neurônio que pode ser ativado pela luz.

Isso tem muito potencial.

So this is very powerful.

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

Um dos truques que se tem de fazer

é descobrir como colocar esses genes nas células que queremos

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

e não em todas as células vizinhas.

E pode-se fazer isso, pode-se ajustar os vírus

And you can do that;

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

para atingirem apenas umas células e não as outras.

E há outros truques genéticos que se podem usar

And there's other genetic tricks you can play

para ter-se células ativadas por luz.

in order to get light-activated cells.

Este campo veio a ser designado como Optogenética.

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

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

E apenas como um exemplo do que se pode fazer,

podemos pegar em uma rede complexa,

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

usar um destes vírus para entregar o gene

apenas a um tipo de célula desta rede densa.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

E quando se ilumina a rede toda,

just that cell type will be activated.

apenas esse tipo de célula será ativada.

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

Assim, por exemplo, vamos imaginar aquela "basket cell" de que falei antes –

aquela que está atrofiada na esquizofrenia

the one that's atrophied in schizophrenia

e que é inibitória.

and the one that is inhibitory.

Se pudermos colocar esse gene nestas células –

If we can deliver that gene to these cells --

e elas não serão alteradas pela expressão do gene, é claro –

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

e depois incidirmos luz azul sobre toda a rede cerebral,

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

apenas estas células serão dirigidas.

E quando a luz se apaga, estas células voltam ao normal,

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

e elas não parecem ser adversas ao procedimento.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

Podemos não só usar este procedimento para estudar o que as células fazem,

what their power is in computing in the brain,

qual é o seu poder no funcionamento cerebral,

como também podemos usar isto para tentar descobrir –

you can also use this to try to figure out

bem, talvez nós pudéssemos estimular a atividade destas células,

if we could jazz up the activity of these cells

caso elas estejam verdadeiramente atrofiadas.

if indeed, they're atrophied.

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

Agora, eu quero contar algumas pequenas histórias

sobre como estamos a aplicar isto,

both at the scientific clinical and preclinical levels.

tanto a nível científico, como clínico e pré-clínico.

One of the questions that we've confronted is:

Uma das questões que temos confrontado é:

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

Quais são os sinais cerebrais que intermedeiam a sensação de recompensa?

Because if you could find those,

Porque se pudéssemos encontrá-los,

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

esses seriam alguns dos sinais que poderiam orientar a aprendizagem.

O cérebro fará mais daquilo que conseguir essa recompensa.

the brain will do more of what got that reward.

E, ainda, estes são sinais que funcionam mal em desordens como a dependência.

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

Se pudéssemos descobrir quais são estas células,

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

nós talvez pudéssemos encontrar novos alvos

para os quais os medicamentos poderiam ser direcionados ou adaptados,

for which drugs can be designed or screened against

ou talvez os pontos em que os eletrodos seriam colocados

or maybe places where electrodes could be put in

em pessoas com deficiências severas.

for people who have severe disability.

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

Assim, para fazer isto, nós elaboramos um paradigma

muito simples em colaboração com o grupo Fiorella,

in collaboration with the Fiorillo group,

em que em um lado desta pequena caixa,

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

se o animal for lá, recebe um pulso de luz

it gets a pulse of light.

para tornar diferentes células cerebrais sensíveis à luz.

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

Assim, se estas células puderem intermediar a recompensa,

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

o animal deverá aproximar-se cada vez mais.

E é isto que acontece.

And that's what happens.

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

Este animal vai para o lado direito e coloca lá o nariz,

e a cada vez que o faz, recebe um flash de luz azul.

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

E ele fará isso centenas e centenas de vezes.

He'll do that hundreds of times.

Estes são neurônios de dopamina,

These are the dopamine neurons,

dos quais alguns de vocês já devem ter ouvido falar associados a centros de prazer no cérebro.

in some of the pleasure centers in the brain.

Nós mostramos que uma breve ativação destes neurônios

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

é suficiente, na verdade, para guiar a aprendizagem.

Podemos generalizar esta ideia.

Now we can generalize the idea.

Em vez de um ponto no cérebro,

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

podemos criar dispositivos que envolvem o cérebro todo,

que podem levar luz em padrões tridimensionais –

that can deliver light into three-dimensional patterns --

matrizes de fibra óptica,

arrays of optical fibers,

cada uma acoplada à sua pequena fonte de luz independente.

each coupled to its own independent miniature light source.

E então podemos tentar fazer coisas "in vivo",

Then we can try to do things in vivo

que até agora só foram feitas num prato –

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

como seleção de alta qualidade em todo o cérebro

dos sinais que podem fazer certas coisas acontecerem.

for the signals that can cause certain things to happen

Ou eles podem ser bons alvos clínicos

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

para tratar deficiências cerebrais.

E uma história que quero dizer sobre isto

One story I want to tell you about is:

é como podemos encontrar alvos para tratar o transtorno do estresse pós-traumático –

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

uma forma de ansiedade e medo descontrolados.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

E uma das coisas que fizemos

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

foi adotar o modelo clássico de medo.

This goes back to the Pavlovian days.

Isto remonta ao tempo de Pavlov.

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

É chamado Condicionamento do Medo de Pavlov –

em que um som termina com a introdução de um pequeno choque.

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

O choque não é doloroso, mas é um pouco atordoante.

E com o tempo – um rato, neste caso,

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

que é um bom modelo animal, frequentemente utilizado neste tipo de experiências –

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

o animal aprende a temer o som.

the animal learns to fear the tone.

O animal vai se paralizar

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

como uma espécie de veado perante os faróis de um carro.

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

Agora, a questão é, que alvos podemos encontrar no cérebro

that allow us to overcome this fear?

que nos permitem superar este medo?

Assim, o que fazemos é reproduzir outra vez

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

o som depois dele ter sido associado ao medo.

Mas nós ativamos diferentes alvos cerebrais,

But we activate different targets in the brain,

usando a matriz de fibra óptica de que falei nos slides anteriores,

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

no sentido de descobrir que alvos

in order to try and figure out

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

podem levar o cérebro a apagar essa memória do medo.

E este pequeno vídeo

This brief video shows you one of these targets

mostra um destes pequenos alvos no qual estamos trabalhando agora.

that we're working on now.

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

Esta é uma área no cortex pré-frontal,

uma região em que podemos usar a cognição para tentar superar estados emocionais aversivos.

to try to overcome aversive emotional states.

E o animal vai ouvir um som – e um flash de luz aparece.

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

Não há audio no vídeo, mas vocês podem ver o animal assustado.

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

Este som costumava significar más notícias.

the tone used to mean bad news.

E há um pequeno relógio no canto esquerdo inferior,

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

assim vocês podem ver que o animal está nisto há dois minutos.

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

E este próximo slide

This next clip is just eight minutes later.

é de 8 minutos depois.

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

E o mesmo som vai ser reproduzido, e a luz vai aparecer outra vez.

Ok, aqui está. Agora.

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

E aqui vocês podem ver, 10 minutos após o início da experiência,

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

que nós equipamos o cérebro pela fotoativação desta área

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

para suprimir a expressão

to overcome the expression of this fear memory.

da memória deste medo.

Nos últimos anos, nós voltamos à árvore da vida,

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

porque queríamos encontrar maneiras de desligar circuitos cerebrais.

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

Se pudéssemos fazer isso, seria extremamente importante.

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

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

Se pudéssemos apagar algumas células por apenas alguns milissegundos ou segundos,

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

podíamos descobrir qual o papel que elas desempenham

nos circuitos em que estão inseridas.

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

E até agora nós investigamos em todos os organismos da árvore da vida –

todos os reinos da vida exceto o dos animais, que vemos ligeiramente diferente.

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

E encontramos todo tipo de moléculas, são chamadas "halorhodopsins" ou "archaerhodopsins",

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

que respondem à luz verde e amarela.

that respond to green and yellow light.

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

E elas fazem o oposto da molécula de que falei antes

com o ativador da luz azul channelrhodopsin.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

Vamos dar um exemplo de onde achamos que isto vai dar.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Considerem, por exemplo, uma condição como a epilepsia,

where the brain is overactive.

onde o cérebro é hiperativo.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Se os medicamentos falharem no tratamento da epilepsia,

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

uma das estratégias é remover parte do cérebro.

Mas isso é obviamente irreversível, e podem existir efeitos colaterais.

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

E se pudéssemos desligar esse cérebro por um certo tempo,

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

até a convulsão passar,

until the seizure dies away,

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

e levar o cérebro a ser restaurado até ao seu estado inicial –

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

uma espécie de sistema dinâmico que está sendo levado a um estado estável.

Esta animação tenta explicar este conceito

This animation tries to explain this concept

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

em que tornamos estas células sensíveis de modo a serem desligadas com a luz,

e inserimos luz no interior,

and we beam light in,

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

e apenas pelo tempo necessário para deter a convulsão,

esperamos ser capazes de as desligar.

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

Nós não temos dados para mostrar neste aspecto,

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

mas estamos muito entusiasmados com isto.

but we're very excited about this.

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

Agora, quero terminar com uma história,

que nós consideramos outra possibilidade –

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

talvez estas moléculas, se tivermos controle ultra-preciso,

possam ser usadas no próprio cérebro

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

para fazer um novo tipo de próteses, uma prótese óptica.

an optical prosthetic.

Eu já falei que os estimuladores elétricos não são raros.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

75 mil pessoas têm estimuladores cerebrais Parkinsonianos implantados.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

Talvez 100 mil pesssoas tenham implantes cocleares,

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

que lhes permitem ouvir.

Este é outro exemplo, onde podemos introduzir estes genes nas células.

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

E uma nova esperança na terapia genética tem se desenvolvido

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

porque vírus como o Vírus Adeno-Associado,

que provavelmente a maioria de nós nesta sala possuímos,

which probably most of us around this room have;

sem manifestação de qualquer sintoma,

it doesn't have any symptoms --

que tem sido usado em centenas de pacientes

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

para introduzir genes no cérebro ou no corpo.

And so far, there have not been serious adverse events

E até agora, não ocorreram efeitos adversos graves

associados ao vírus.

associated with the virus.

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

Há um último elefante na sala, as próprias proteínas,

which come from algae, bacteria and funguses

que vêm das algas, bactérias e fungos,

and all over the tree of life.

e de toda a árvore da vida.

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

A maioria de nós não tem fungos ou algas no cérebro,

então, o que nosso cérebro fará se nós os colocarmos lá?

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

Será que as células vão tolerá-los? O sistema imunológico irá reagir?

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

Nesta fase inicial – isto ainda não foi feito em humanos –

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

nós estamos trabalhando numa série de estudos

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

para experimentar e examinar isto.

E até agora ainda não vimos nenhuma grande reação severa

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

ocorrer a estas moléculas

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

ou à iluminação do cérebro com luz.

Ainda é cedo, mas estamos entusiasmados com isto.

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

Eu quero fechar com uma história,

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

que achamos que poderá ter potencial

para aplicação clínica.

Now, there are many forms of blindness

Há muitos tipos de cegueira

em que os fotorreceptores,

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

os nossos sensores de luz que estão na parte de trás do olho, já não funcionam.

are gone.

And the retina is a complex structure.

E a retina, é claro, é uma estrutura complexa.

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

Agora vamos focar aqui, para podermos ver detalhadamente.

As células fotorreceptoras aparecem aqui no topo,

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

e depois, os sinais que são detectados pelos fotorreceptores

são transformados por vários processos,

via various computations

até que a última camada de células do fundo, as células gangliais,

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

transmitem a informação ao cérebro,

relay the information to the brain,

onde vemos isso como uma percepção.

where we see that as perception.

Em muitas formas de cegueira, como a retinite pigmentosa,

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

ou a degeneração macular,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

as células fotorreceptoras atrofiaram ou foram destruídas.

Now, how could you repair this?

Como podemos consertar isto?

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

Não é sequer claro que um medicamento possa restaurar isto,

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

porque não há nada onde a substância possa se ligar.

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

Por outro lado, a luz continua a chegar ao olho.

O olho ainda é transparente e recebe luz no interior.

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

Então, e se nós pudermos pegar nestas channelrhodopsins e em outras moléculas

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

e instalá-las em algumas destas outras células reservas

and install them on some of these other spared cells

e convertê-las em pequenas câmeras.

and convert them into little cameras?

E como existem tantas células destas no olho,

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

provavelmente, elas poderiam ser câmeras de alta-resolução.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

Este um dos trabalho que estamos realizando.

This is some work that we're doing,

Está sendo liderado por um dos nossos colaboradores,

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

Alan Horsager, da USC,

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

e procurado para comercialização por uma empresa recente, Eos Neuroscience,

criada pelo NIH.

which is funded by the NIH.

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

E o que vocês veem aqui é um rato tentando resolver um labirinto.

É um labirinto de seis braços. E há água no labirinto

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

para motivar o rato a se mover, senão ele ficaria apenas ali parado.

E o objetivo, óbvio, deste labirinto

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

é sair da água e ir para uma pequena plataforma

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

que está sob a porta de cima.

Os ratos são espertos, por isso este rato vai sair deste labirinto,

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

but he does a brute-force search.

mas ele faz uma pesquisa exaustiva.

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

Ele nada por todas as avenidas até que entra finalmente na plataforma.

He's not using vision to do it.

Ele não está usando a visão para isso.

These different mice are different mutations

Estes ratos são o resultado de diferentes mutações

que retratam diferentes tipos de cegueira que afetam os humanos.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

E nós temos sido cuidadosos em olhar para estes modelos diferentes,

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

e por isso temos uma abordagem generalizada.

so we come up with a generalized approach.

Então como vamos resolver isto?

So how can we solve this?

Vamos fazer exatamente o que mostrei no slide anterior.

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

Vamos usar estes fotossensores de luz azul

We'll take these blue light photo sensors

e instalá-los numa camada de células

and install them onto a layer of cells

no meio da retina, na parte de trás do olho,

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

and convert them into a camera --

e transformá-los numa câmera.

just like installing solar cells all over those neurons

É como instalar células solares em todos aqueles neurônios

para torná-los sensíveis à luz.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

Neles, a luz é convertida em eletricidade.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Este rato era cego semanas antes desta experiência

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

e recebeu uma dose desta molécula fotosensitiva em um vírus.

E agora vocês podem ver que o animal evita as paredes

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

e vai para esta pequena plataforma

and go to this little platform

e faz uso cognitivo dos seus olhos novamente.

and make cognitive use of its eyes again.

E para realçar o valor disto:

And to point out the power of this:

estes animais são capazes de chegar à plataforma

these animals can get to that platform

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

tão depressa quanto os animais que sempre enxergaram.

Então eu penso que este estudo pré-clínico,

So this preclinical study, I think, bodes hope

traz esperança para todo tipo de coisas

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

que esperamos fazer no futuro.

Para terminar, eu quero reforçar que nós também estamos explorando

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

novos modelos de negócios para este novo campo da neurotecnologia.

Estamos desenvolvendo estas ferramentas,

We're developing tools and sharing them freely

mas a partilhamos gratuitamente com centenas de grupos por todo o mundo,

with hundreds of groups all over the world

de forma que as pessoas possam estudar e tentar curar diversas doenças.

for them to study and try to treat different disorders.

E a nossa esperança é que, descobrindo os circuitos cerebrais

Our hope is that by figuring out brain circuits

a um nível de abstração que nos permita restaurá-los e modificá-los,

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

possamos tomar algumas destas doenças incuráveis de que falei antes,

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

praticamente nenhuma delas curável,

practically none of which are cured,

e fazê-las virarem história no século XXI.

and in the 21st century, make them history.

Obrigado.

Thank you.

(Applause)

(Aplausos)

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

Juan Enriquez: Algumas destas coisas são um pouco profundas.

(Laughter)

(Risos)

Mas as implicações

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

de ser possível controlar as convulsões ou a epilepsia

with light instead of drugs

com luz em vez de medicamentos,

and being able to target those specifically

e ser possível atingi-los especificamente

is a first step.

é um primeiro passo.

The second thing that I think I heard you say

A segunda coisa que eu acho que o ouvi dizer

is you can now control the brain in two colors,

é que você agora pode controlar o cérebro com duas cores.

Como ligar/desligar.

like an on-off switch.

Ed Boyen: É isso mesmo.

Ed Boyden: That's right.

JE: O que faz com que cada impulso que viaja pelo cérebro seja um código binário.

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

EB: Sim.

EB: Right.

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

Assim, com luz azul podemos guiar informação, e isso é como um 1.

E ao desligar, é mais ou menos como um zero.

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

A nossa esperança é que eventualmente construamos coprocessadores cerebrais

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

que trabalhem com o cérebro,

de forma que possamos ampliar as funções em pessoas com deficiências.

so we can augment functions in people with disabilities.

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

JE: E em teoria, isso quer dizer que,

tal como um rato sente, cheira,

ouve, toca,

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

você pode modular isso como uma sequência de uns e zeros.

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

EB: Certamente. Nós esperamos poder usar isto como uma maneira de testar

quais códigos neuronais podem levar a certos comportamentos

what neural codes can drive certain behaviors

e a certos pensamentos e certos sentimentos,

and certain thoughts and certain feelings

e usar isso para compreender mais sobre o cérebro.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

JE: Isso quer dizer que um dia poderemos fazer o download de memórias

and maybe upload them?

e talvez o upload delas?

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

EB: Bem, isso é algo em que estamos começando a trabalhar arduamente.

Estamos agora trabalhando em um projeto

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

em que estamos tentando colocar o cérebro lado a lado com elementos memorizados.

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

Assim nós podemos registrar informação e depois devolvê-la –

sort of computing what the brain needs

o tipo de computação de que o cérebro precisa

in order to augment its information processing.

para aumentar o processamento da informação.

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

JE: Bem, isso pode mudar algumas coisas. Obrigado. (EB: Obrigado.)

EB: Thank you.

(Aplausos)

(Applause)