Ed Boyden: A light switch for neurons

Tradutor: Joana Neto Revisora: Ilona Bastos

Pensem no vosso dia por instantes.

Think about your day for a second.

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

Acordaram, sentiram ar fresco na cara quando saíram pela porta,

encountered new colleagues and had great discussions

conheceram colegas novos houve discussões fixes,

and felt in awe when you found something new.

sentiram-se encantados ao descobrirem algo novo.

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

Mas aposto que há algo em que não pensaram,

algo tão familiar

something so close to home,

que provavelmente nem pensam nisso muitas vezes.

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 na vossa cabeça

are mediated by the computer in your head

called your brain.

chamado cérebro.

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

O cérebro pode não parecer grande coisa,

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

um quilo e pouco de matéria amorfa cinzenta-rosa

amorphous.

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

mas os últimos 100 anos das neurociências

permitiram-nos entrar no cérebro,

and to see the intricacy of what lies within.

e ver a complexidade do que está por dentro.

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

E isso mostrou-nos que este cérebro

é um circuito incrivelmente complicado

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

composto por centenas de milhares de milhões de células chamadas neurónios.

Now, unlike a human-designed computer,

Ao contrário de um computador concebido pelo Homem,

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

com um número relativamente pequeno de partes diferentes

— 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,

maybe tens of thousands.

talvez dezenas de milhares.

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

Têm diferentes formas. São feitas de diversas moléculas.

they project and connect to different brain regions.

Projetam e relacionam-se com diferentes regiões cerebrais.

Alteram-se consoante o desenvolvimento de diferentes doenças.

They also change in different ways in different disease states.

Vamos tornar isto 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 pequena, inibitória, que acalma as suas vizinhas.

É uma das células que parece atrofiada em desordens 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 "célula cesto".

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

Esta célula é uma dos mil tipos de células

that we're learning about.

que estamos a estudar.

New ones are being discovered every day.

Descobrem-se células novas 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,

que podem ocupar um espaço significativo no cérebro.

of the brain.

São excitatórias.

They're excitatory.

São algumas das células que podem estar hiperativas

And these are some of the cells that might be overactive

em doenças como a epilepsia.

in disorders such as epilepsy.

Every one of these cells is an incredible electrical device.

Cada célula destas é um incrível dispositivo elétrico.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Recebem impulsos de milhares de parceiros superiores

and compute their own electrical outputs,

e calculam as suas respostas elétricas,

which then, if they pass a certain threshold,

que, caso passem um certo campo,

will go to thousands of downstream partners.

chegam a milhares de parceiros inferiores.

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

Este processo, que dura apenas cerca de um milissegundo,

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

acontece milhares de vezes por minuto

em cada uma das 100 mil milhões de células,

as long as you live and think and feel.

enquanto vivermos, pensarmos e sentirmos.

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

Como vamos descobrir o que este circuito faz?

Idealmente, nós poderíamos ir através do circuito

Ideally, we could go through this circuit

and turn these different kinds of cell on and off

e ligar e desligar estes diferentes tipos de células

and see whether we could figure out

para ver se descobríamos

which ones contribute to certain functions

quais é que contribuem para certas funções

and which ones go wrong in certain pathologies.

e quais é que funcionam mal em certas patologias.

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

Se pudéssemos ativar células,

veríamos 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 podíamos tentar descobrir para que são necessárias.

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

É esta a história que vou contar hoje.

Honestamente, temos andado por aqui nos últimos 11 anos,

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

numa tentativa de encontrar formas

through an attempt to find ways

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

de modificar circuitos, células, regiões

e ligar e desligar circuitos do cérebro,

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

que dizem respeito a todos os seres humanos.

Now, before I tell you about the technology,

Antes de vos falar sobre a tecnologia,

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

a infelizmente, muitos de nós nesta sala,

se vivermos tempo suficiente,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

vai enfrentar, talvez, uma perturbação cerebral.

Atualmente, mil milhões de pessoas

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

já tiveram qualquer tipo de desordem cerebral.

que os deixou incapacitados.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

E estes números são calculados por defeito.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Estas doenças — esquizofrenia, Alzheimer,

depression, addiction --

depressão, dependência —

they not only steal away our time to live,

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

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

roubam-nos a identidade, modificam as nossas emoções

and change who we are as people.

e mudam quem somos como pessoas.

Now, in the 20th century,

No século XX,

surgiu uma certa esperança

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

com o desenvolvimento de fármacos para tratar as doenças cerebrais.

Mas, embora tenham sido desenvolvidos muitos medicamentos

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

que podem aliviar sintomas das doenças cerebrais,

practically none of them can be considered to be cured.

praticamente nenhuma delas é considerada curável.

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

Em parte, isso deve-se a estarmos a banhar o cérebro em químicos.

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 a ser banhado numa substância.

is being bathed in a substance.

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

Talvez por isso, a maior parte das drogas no mercado,

can present some kind of serious side effect too.

também podem apresentar efeitos secundários graves.

Algumas pessoas têm sentido algum alívio

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

com estimuladores elétricos implantados no cérebro.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

E para a doença de Parkinson,

os implantes cocleares,

These have indeed been able to bring some kind of remedy

têm conseguido proporcionar uma certa recuperação

to people with certain kinds of disorders.

a pessoas com certos tipos de doenças.

But electricity also will go in all directions --

Mas a eletricidade também percorre em todas as direções

the path of least resistance --

o caminho da menor resistência,

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

que é de onde, em parte, provém esta expressão.

and will also affect normal circuits,

E vai afetar tanto os circuitos normais como os que queremos consertar.

as well as the abnormal ones you want to fix.

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

Novamente, retomamos a ideia de controlo ultra-preciso.

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

Podemos enviar informação exatamente para onde queremos que ela vá?

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

Quando, há 11 anos, comecei nas neurociências,

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

formei-me como engenheiro electrotécnico e como físico,

the first thing I thought about was,

e a primeira coisa em que pensei foi

if these neurons are electrical devices,

que, se estes neurónios são dispositivos elétricos,

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

bastava-nos descobrir uma forma de controlar

estas mudanças elétricas à distância.

at a distance.

Se pudéssemos ativar a eletricidade numa célula,

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

mas não nas células vizinhas,

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

seria a ferramenta necessária para ativar e desativar essas células,

to figure out what they do

descobrir como contribuem

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

para as redes em que estão implicadas.

Permitiria também ter a precisão de controlo de que precisamos

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

para corrigirmos as computações do circuito

to fix the circuit computations that have gone awry.

que começaram a funcionar mal.

Now, how are we going to do that?

Como vamos fazer isso?

Well, there are many molecules that exist in nature

Há muitas moléculas na natureza

que são capazes de converter luz em eletricidade.

which are able to convert light into electricity.

Podemos 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 neurónios,

then these neurons would become electrically drivable with light,

estes neurónios seriam eletricamente dirigíveis com luz.

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

Mas os seus vizinhos, que não teriam esta molécula, não.

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

Há outro truque mágico necessário para que isso aconteça,

the ability to get light into the brain.

é a capacidade de colocar luz dentro do cérebro.

The brain doesn't feel pain.

Para fazer isso — o cérebro não sente dor —

tirando partido de todo o esforço

Taking advantage of all the effort

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

dirigido para a Internet e comunicações etc.,

you can put optical fibers connected to lasers

podemos colocar fibra ótica ligada a lasers

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

que se pode usar para ativar — por exemplo, em modelos animais,

em estudos pré-clínicos —

these neurons and see what they do.

estes neurónios e ver o que eles fazem.

So how do we do this?

Como fazemos isto?

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

Por volta de 2004,

em colaboração com Gerhard Nagel e Karl Deisseroth,

this vision came to fruition.

esta visão concretizou-se.

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

Há uma alga aquática na natureza,

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

que necessita de navegar na direção da luz

para conseguir fotossintetizar otimamente.

And it senses light with a little eyespot,

A alga deteta a luz com uma espécie de olho,

which works not unlike how our eye works.

que funciona de uma forma muito parecida com os nossos olhos.

In its membrane, or its boundary,

Tem pequenas proteínas na membrana,

it contains little proteins

que convertem a 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 destas proteínas atua como a célula solar de que vos falei.

that I told you about.

When blue light hits it,

Quando a luz azul lhe acerta, abre um pequeno buraco

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

e deixa entrar no olho as partículas carregadas.

Isto faz com que este olho tenha um sinal elétrico

that allows this eyespot to have an electrical signal,

just like a solar cell charging a battery.

tal como uma pilha solar a carregar uma bateria.

So what we need to do is take these molecules

O que precisamos de fazer é pegar nestas moléculas

and somehow install them in neurons.

e instalá-las nos neurónios.

And because it's a protein,

E como é uma proteína,

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

é codificada pelo ADN deste organismo.

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

Precisamos de pegar nesse ADN,

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 neurónios.

And this was a very productive time in gene therapy,

Este acabou por ser 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,

Assim, numa manhã, num dia de verão de 2004,

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

decidimos arriscar e funcionou à primeira tentativa.

Pega-se neste ADN e coloca-se no neurónio.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

O neurónio utiliza a sua maquinaria natural de produção de proteínas,

to fabricate these little light-sensitive proteins

para fabricar estas proteínas sensíveis à luz

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

e instalá-las em toda a célula,

tal como colocar painéis solares num telhado.

And the next thing you know,

E ficamos a saber,

you have a neuron which can be activated with light.

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

Isto 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 temos de fazer

é descobrir como colocar estes genes nas células que queremos

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

e não em todas as células vizinhas.

And you can do that;

Podemos fazer isso, podemos ajustar os vírus

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

para atingirem umas células e outras não.

And there's other genetic tricks you can play

Há outros truques genéticos

in order to get light-activated cells.

para obter células ativadas por luz.

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

Este campo veio a ser designado por "optogenética".

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

Um exemplo do que podemos fazer:

you can take a complex network,

podemos pegar numa rede complexa,

use one of these viruses to deliver the gene

usar um destes vírus para entregar o gene

apenas num tipo de células desta rede densa.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

Depois, quando se ilumina a rede toda,

just that cell type will be activated.

apenas será ativado esse tipo de célula.

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

Por exemplo, imaginemos aquela "célula cesto" que referi,

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, claro, elas não serão alteradas pela expressão do gene —

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

then flash blue light over the entire brain network,

e depois fizermos incidir luz azul sobre toda a rede cerebral,

just these cells are going to be driven.

apenas estas células serão dirigidas.

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

Quando a luz se apaga, as células voltam ao normal,

there don't seem to be adverse events.

não parecem adversas a este procedimento.

Not only can you study what these cells do,

Podemos usar este processo para estudar o papel das células

what their power is in computing in the brain,

no funcionamento cerebral,

you can also use this to try to figure out

e para tentar descobrir se é possível

if we could jazz up the activity of these cells

animar a atividade das células,

caso estejam realmente atrofiadas.

if indeed, they're atrophied.

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

Agora, vou contar-vos umas 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 com que nos temos confrontado é:

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

quais são os sinais cerebrais que medeiam 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;

talvez pudessem orientar a aprendizagem.

O cérebro poderia produzir mais.

the brain will do more of what got that reward.

Esses são também os sinais que funcionam mal na dependência.

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

Se descobríssemos quais são essas células,

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

talvez encontrássemos novos alvos

para direcionar ou adaptar os medicamentos

for which drugs can be designed or screened against

ou saber onde colocar os elétrodos,

or maybe places where electrodes could be put in

em pessoas com dificuldades graves.

for people who have severe disability.

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

Para isso, inventámos um paradigma muito simples

em colaboração com o grupo Fiorella

in collaboration with the Fiorillo group,

em que, se o animal for a um lado desta caixa,

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

it gets a pulse of light.

recebe uma dose de luz,

para tornar sensíveis à luz diferentes células cerebrais.

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

Se essas células mediarem a recompensa,

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

o animal deverá aproximar-se cada vez mais.

And that's what happens.

E é isto que acontece.

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

O animal vai para o lado direito coloca lá o nariz,

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

e recebe uma luz azul sempre que o faz.

E fará isso centenas e centenas de vezes.

He'll do that hundreds of times.

These are the dopamine neurons,

Estes são neurónios de dopamina,

associados a centros de prazer no cérebro.

in some of the pleasure centers in the brain.

Mostramos que uma breve ativação destes neurónios

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

basta para guiar a aprendizagem.

Now we can generalize the idea.

Podemos generalizar esta ideia.

Em vez de um ponto no cérebro,

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

criamos dispositivos que abarcam o cérebro todo,

que podem levar luz em moldes tridimensionais,

that can deliver light into three-dimensional patterns --

matrizes de fibra ótica,

arrays of optical fibers,

cada uma acoplada à sua fonte de luz independente.

each coupled to its own independent miniature light source.

Then we can try to do things in vivo

Então podemos tentar fazer coisas 'in vivo',

that have only been done to date in a dish,

que até à data só foram feitas num prato,

like high-throughput screening throughout the entire brain

como seleção de alta qualidade no cérebro,

dos sinais que podem levar a que aconteçam coisas.

for the signals that can cause certain things to happen

Ou podem ser bons alvos clínicos para tratar desordens cerebrais.

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

Uma coisa que vos quero dizer

One story I want to tell you about is:

é como encontramos alvos para tratar a desordem de stress 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?

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 o Condicionamento do Medo de Pavlov,

em que, após um som, se provoca um pequeno choque.

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

O choque não é doloroso, só atordoa.

Com o tempo, um rato

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

— um animal muito utilizado nestas experiências —

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

aprende a recear o som.

the animal learns to fear the tone.

O animal reage, ficando paralisado,

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

como um veado perante faróis de um carro.

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

Que alvos podemos encontrar no cérebro

that allow us to overcome this fear?

que nos permitem superar este medo?

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

Vamos reproduzir outra vez o som

depois de ele ter sido associado ao medo.

But we activate different targets in the brain,

Mas ativamos diferentes alvos cerebrais,

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

usando a matriz de fibra ótica de que já falei,

para descobrir que alvos podem levar o cérebro

in order to try and figure out

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

a apagar essa memória do medo.

Este pequeno vídeo

This brief video shows you one of these targets

mostra-vos um desses alvos em que estamos a trabalhar.

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 córtex pré-frontal

uma região em que usamos a cognição para superar estados de aversão.

to try to overcome aversive emotional states.

O animal vai ouvir um som e aparece um flash de luz.

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

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

Não há áudio, mas vemos o animal paralisar.

Este som significa más notícias.

the tone used to mean bad news.

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

Há um relógio em baixo à esquerda,

vemos que o animal está assim há dois minutos.

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

E este slide a seguir é de 8 minutos depois.

This next clip is just eight minutes later.

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

Vai soar o mesmo som e a luz vai aparecer outra vez.

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

Ok, aqui está.

Agora.

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

Vemos aqui, 10 minutos após o início da experiência,

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

que, com a fotoativação desta área, equipámos o cérebro

para suprimir a expressão da memória deste medo.

to overcome the expression of this fear memory.

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

Nos últimos anos, voltámos à árvore da vida,

porque queríamos encontrar formas de desligar circuitos cerebrais.

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

Se pudéssemos fazê-lo, 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 milissegundos ou segundos,

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

podíamos descobrir o papel que desempenham

nos circuitos onde funcionam.

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

Até agora investigámos em todos os organismos da árvore da vida,

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

todos os reinos da vida exceto o dos animais.

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

Encontrámos todo o tipo de moléculas, "halorhodopsins" ou "archaerhodopsins",

that respond to green and yellow light.

que reagem à luz verde e amarela

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

e fazem o oposto da molécula de que já vos falei

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.

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

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Considerem, por exemplo uma doença como a epilepsia,

where the brain is overactive.

em que o cérebro é hiperativo.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Se os medicamentos falham no tratamento da epilepsia,

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

podemos remover parte do cérebro,

o que é irreversível e podem provocar efeitos secundários.

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

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

E se desligássemos essa parte do cérebro algum tempo,

até a convulsão passar,

until the seizure dies away,

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

e deixar o cérebro restaurar-se até ao seu estado inicial,

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

uma espécie de sistema dinâmico que é levado até um estado estável.

This animation tries to explain this concept

Esta animação tenta explicar este conceito.

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

Sensibilizámos as células para se desligarem com a luz,

and we beam light in,

e inserimos luz no interior.

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

só pelo tempo necessário para deter a convulsão,

e esperamos ser capazes de as desligar.

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

Ainda não temos dados para vos mostrar,

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,

Vou terminar com uma história,

que achamos que é outra possibilidade.

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

Talvez estas moléculas, se tivermos controlo ultra-preciso,

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

possam ser usadas no próprio cérebro

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

an optical prosthetic.

Eu já disse que os estimuladores elétricos não são raros.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

Há 75 000 pessoas com estimuladores de Parkinson cerebrais implantados.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

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

Umas 100 000 pessoas têm implantes cocleares,

que lhes permitem ouvir.

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

Este é outro exemplo em que podemos introduzir estes genes nas células.

A new hope in gene therapy has been developed,

Há uma nova esperança na terapia genética

because viruses like the adeno-associated virus --

porque vírus como o vírus adeno-associado,

which probably most of us around this room have;

que provavelmente todos nós temos,

sem sentirmos quaisquer sintomas,

it doesn't have any symptoms --

têm sido usados 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

associated with the virus.

associados ao vírus.

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,

Não temos fungos ou algas no cérebro,

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

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

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

Será que as células ou o sistema imunitário vão reagir?

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

Isto ainda não foi tentado em pessoas.

Estamos a trabalhar numa série de estudos

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

para experimentar e examinar isto.

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

Até agora ainda não vimos nenhuma reação 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.

I wanted to close with one story,

Quero fechar com uma história,

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

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

em que os fotorrecetores,

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

are gone.

And the retina is a complex structure.

A retina é uma estrutura complexa.

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

Vamo-nos focar aqui, para podermos ver detalhadamente.

The photoreceptor cells are shown here at the top.

As células fotorreceptoras aparecem aqui no topo.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

Os sinais que são detetados pelos fotorreceptores

são transformados por vários processos,

via various computations

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

até que as células glandiais, a última camada de células em baixo,

relay the information to the brain,

transmitem a informação ao cérebro,

where we see that as perception.

onde vemos isso como uma perceção.

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

Em muitas formas de cegueira, como a retinite pigmentosa,

or macular degeneration,

ou a degeneração macular,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

as células fotorrecetoras atrofiaram-se ou foram destruídas.

Now, how could you repair this?

Como podemos reparar isto?

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

Não sabemos se um medicamento pode restaurar isto,

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

porque não há nada onde a substância se possa ligar.

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

Mas a luz continua a chegar até ao olho.

O olho continua transparente e recebe luz no interior.

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

E se nós pudermos pegar nestas "channelrhodopsins" e noutras moléculas

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

and install them on some of these other spared cells

e instalá-las nestas outras células de reserva

and convert them into little cameras?

e convertê-las em pequenas câmaras?

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

Dado que o olho tem tantas células destas,

elas talvez pudessem ser câmaras de alta resolução.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

Este é algum do trabalho que temos feito.

This is some work that we're doing,

Está a ser 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 pela 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.

Vemos aqui um rato a tentar sair dum labirinto.

É um labirinto de seis braços.

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

Há lá água para fazer o rato mexer-se, senão ele ficaria ali parado.

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

O objetivo é sair da água

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

e ir para uma pequena plataforma

que está sob a porta iluminada.

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

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

but he does a brute-force search.

mas faz uma pesquisa exaustiva.

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

Nada por todas as avenidas até que entra finalmente na plataforma.

He's not using vision to do it.

Mas não está a usar a visão para isso.

These different mice are different mutations

Estes ratos são resultado de mutações diferentes

que retratam diferentes tipos de cegueira que afetam as pessoas.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

Temos tido o cuidado de olhar para esses diferentes modelos,

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

por isso temos uma abordagem generalizada.

so we come up with a generalized approach.

So how can we solve this?

Como vamos resolver isto?

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

Fazemos exatamente o que mostrei antes.

We'll take these blue light photo sensors

Vamos usar estes fotossensores de luz azul

and install them onto a layer of cells

e instalá-los numa camada de células

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

no meio da retina, na parte de trás do olho

and convert them into a camera --

e convertê-los numa câmara.

just like installing solar cells all over those neurons

É como instalar células solares em todos aqueles neurónios

to make them light-sensitive.

para os tornar sensíveis à luz.

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

Umas semanas antes desta experiência, este rato era cego

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

e recebeu uma dose desta molécula fotossensitiva num vírus.

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

Vemos que o animal está a evitar as paredes,

and go to this little platform

vai para esta pequena plataforma

and make cognitive use of its eyes again.

e faz uso cognitivo dos seus olhos outra vez.

Para realçar o valor disto:

And to point out the power of this:

estes animais conseguem 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 viram.

So this preclinical study, I think, bodes hope

Penso que este estudo pré-clínico,

augura esperança para todo o tipo de coisas

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

que esperamos fazer no futuro.

Para terminar, quero realçar que também estamos a explorar

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

novos modelos de negócios nesta área da neurotecnologia.

We're developing tools and sharing them freely

Estamos a melhorar estas ferramentas que partilhamos gratuitamente

with hundreds of groups all over the world

para que as pessoas possam estudar e tentar curar diversas doenças.

for them to study and try to treat different disorders.

Our hope is that by figuring out brain circuits

Esperamos que, descobrindo os circuitos cerebrais

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

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

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

possamos pegar nalgumas dessas doenças incuráveis,

praticamente nenhuma delas curável,

practically none of which are cured,

e acabar com elas, no século XXI.

and in the 21st century, make them history.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)

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

Juan Enriquez: Algumas destas coisas são um pouco densas.

(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 de 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 penso que o ouvi dizer

is you can now control the brain in two colors,

é que agora podemos controlar o cérebro com duas cores.

Como ligar/desligar.

like an on-off switch.

Ed Boyden: That's right.

Ed Boyden: É isso mesmo.

JE: Ou seja, cada impulse que viaja pelo cérebro é um código binário.

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

EB: Right.

EB: Sim.

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

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.

Esperamos vir a construir coprocessadores cerebrais.

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

que trabalhem com o cérebro,

para podermos 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.

podemos modular isso como uma sequência de 1 e 0.

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

EB: Sim. Esperamos usá-lo como forma de testar

que códigos neuronais podem levar a certos comportamentos

what neural codes can drive certain behaviors

and certain thoughts and certain feelings

e a certos pensamentos e certos sentimentos,

and use that to understand more about the brain.

e usar isso para compreender mais sobre o cérebro.

JE: Does that mean that someday you could download memories

JE: Isso quer dizer que um dia

poderemos fazer o download e o upload de memórias?

and maybe upload them?

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

EB: Estamos a começar a trabalhar nisso.

Estamos agora a trabalhar numa coisa

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

em que colocamos lado a lado o cérebro com elementos registados.

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

Podemos registar 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: Isso pode mudar as coisas. Obrigado.

EB: Obrigado.

EB: Thank you.

(Applause)

(Aplausos)