Ed Boyden: A light switch for neurons

Traducător: Gruia Diana Corector: Laszlo Kereszturi

Gândiţi-vă la ziua dvs. doar pentru o secundă.

Think about your day for a second.

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

Vă treziţi, simţiţi aerul proaspăt pe faţa dvs când ieşiţi pe usă,

encountered new colleagues and had great discussions

întilniţi colegi noi şi purtaţi discutii deosebite,

şi vă simţiţi extraordinar când descoperiţi ceva nou.

and felt in awe when you found something new.

Dar pun pariu că este ceva la care nu v-aţi gândit astăzi --

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

ceva atât de apropiat de casă

something so close to home,

încât probabil că nu vă gândiţi la el prea des.

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

Şi asta se întâmplă deoarece toate senzaţiile, sentimentele,

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

deciziile şi acţiunile

sunt mediate de către un computer din cap

are mediated by the computer in your head

denumit creier.

called your brain.

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

Probabil că acesta nu arată cine ştie ce din afară --

o gramadă de material roz-cenuşiu

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

amorf --

amorphous.

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

dar ultima sută de ani de neuroştiinţă

ne-a permis să îl privim în profunzime

and to see the intricacy of what lies within.

şi să vedem cât de complex este în interior.

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

Aşa am aflat că acest creier

este un circuit incredibil de complicat

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

făcut din sute de milioane de celule, denumite neuroni.

Now, unlike a human-designed computer,

Spre deosebire de un computer creat de om,

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

în care există un număr mic de piese diferite --

ştim cum funcţionează, deoarece noi oamenii le-am creat --

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

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

creierul este făcut din mii de tipuri diferite de celule,

poate zeci de mii.

maybe tens of thousands.

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

Acestea au forme variate, sunt făcute din molecule diferite;

şi alcătuiesc şi conectează diferite regiuni al creierului.

they project and connect to different brain regions.

De asemenea, acestea se modifică în diferite moduri în cazul unor boli.

They also change in different ways in different disease states.

Să vă spun şi mai concret.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Există o clasă de celule,

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

o celulă foarte mică, o celulă inhibitor, care aduce la tăcere vecinii săi.

Una dintre aceste celule pare să se atrofieze în boli precum schizofrenia.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

Aceasta se numeşte celula coş.

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

Celula este una dintre miile de tipuri de celule

despre care noi învăţăm.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

În fiecare zi, sunt descoperite unele noi.

Doar ca un al doilea exemplu:

As just a second example:

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

aceste celule piramidale, celule mari,

care se pot întinde pe fracţiune semnificativă din creier.

of the brain.

Acestea sunt excitatorii.

They're excitatory.

Acestea sunt doar o parte din celulele,

And these are some of the cells that might be overactive

care ar putea fi hiperactive, în cazul unor tulburări precum epilepsia.

in disorders such as epilepsy.

Fiecare dintre aceste celule

Every one of these cells is an incredible electrical device.

este un dispozitiv electric incredibil.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Primesc semnale de la mii de parteneri din amonte

şi calcuează propria emisie de electricitate

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

pe care apoi, dacă depăşesc un anumit prag,

o vor transmite către miile de parteneri din aval.

will go to thousands of downstream partners.

Acest proces, care durează aproape o milisecundă,

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

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

are loc de mii de ori într-un minut

în fiecare din cele peste 100 miliarde de celule,

as long as you live and think and feel.

atât timp cât trăiţi,

gândiţi şi simţiţi.

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

Deci, cum ne dăm seama ce face acest circuit ?

Ideal, putem parcurge circuitul

Ideally, we could go through this circuit

activând şi dezactivând diferite tipuri de celule

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

pentru a vedea dacă ne dăm seama

which ones contribute to certain functions

care din ele contribuie la anumite funcţii

and which ones go wrong in certain pathologies.

şi care se defectează în cazul anumitor patologii.

Dacă am putea activa celule, am putea vedea ce puteri declanşează,

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

ce pot iniţia şi susţine.

what they can initiate and sustain.

Dacă le-am putea dezactiva,

If we could turn them off,

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

atunci am putea încerca să ne dăm seama pentru ce sunt necesare.

Aceasta este povestea pe care vreau să o spun astăzi.

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

Şi sincer, unde am ajuns de-alungul ultimilor 11 ani

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

în încercarea de a găsi metode

through an attempt to find ways

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

de activare şi dezactivare a circuitelor, celulelor, părţilor

şi traseelor din creier,

on and off,

pentru a înţelege ştiinţa

both to understand the science

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

şi pentru confruntarea cu anumite probleme

care ne privesc pe noi toţi ca oameni.

Now, before I tell you about the technology,

Acum, înainte să vă spun despre tehnologie,

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

vestea proastă este că o parte semnificativă dintre cei prezenţi,

dacă vom trăi suficient de mult,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

vom suferi, probabil, de tulburări ale creierului.

Deja, un miliard de oameni

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

suferă de un anumit tip de tulburare

care îi face incapabili.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

Numerele nu fac dreptate totuşi.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Aceste dereglări - schizofrenia, Alzheimer,

depresie, dependenţă -

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

nu doar ne răpesc timp din viaţă, dar ne schimbă din ceea ce suntem;

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

ne fură identitatea şi ne modifică emoţiile -

and change who we are as people.

ne schimbă pe noi ca oameni.

Now, in the 20th century,

În secolul 20,

apăruse ceva speranţă

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

prin dezvoltarea medicamentelor pentru tratarea bolilor mentale.

Şi deşi au fost create multe medicamente

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

care ameliorau simptomele dereglărilor creierului,

practic nici unul dintre acestea nu vindecau.

practically none of them can be considered to be cured.

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

Şi mare parte se datorează faptului că scufundăm creierul în chimicale.

we're bathing the brain in a chemical --

Acest circuit elaborat

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

făcut din mii de tipuri diferite de celule

este scufundat în substanţe.

is being bathed in a substance.

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

Tot din acest motiv, probabil majoritatea medicamentelor, de pe piaţă, dar nu toate,

pot determina efecte adverse serioase.

can present some kind of serious side effect too.

Acum unii oameni au primit ceva consolare

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

de la stimulatorii electrici implantaţi în creier.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

Pentru Parkinson,

implanturile cohleare,

These have indeed been able to bring some kind of remedy

într-adevăr au reuşit

să ofere un tip de remediu

to people with certain kinds of disorders.

acelor persoane cu anumite tipuri de dereglări.

But electricity also will go in all directions --

Dar, de asemenea, electricitatea se duce în toate direcţiile -

the path of least resistance --

calea minimei rezistenţe,

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

la care de fapt mă refer.

and will also affect normal circuits,

Aceasta afectează circuitele normale, precum şi pe cele defecte ce se doresc a fi reparate.

as well as the abnormal ones you want to fix.

Aşadar din nou, ne întoarcem la idea

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

controlului ultra-precis.

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

Putem obţine informaţiile necesare pentru a şti exact unde vrem să ajungem?

Când am început să studiez neuroştiinţa, acum 11 ani,

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

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

m-am educat ca inginer electric şi fizician,

the first thing I thought about was,

şi primul lucru la care m-am gândit a fost

if these neurons are electrical devices,

dacă aceşti neuroni sunt dispozitive electrice,

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

tot ce trebuie să facem este găsirea unei căi

de a determina schimbări electrice de la distanţă.

at a distance.

Dacă am putea porni electricitatea într-o celulă,

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

dar nu şi în cele vecine,

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

acest lucru ne-ar da instrumentul de care avem nevoie pentru activarea şi dezactivarea diferitelor celule,

identificarea modului în care ele contribuie

to figure out what they do

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

în cadrul reţelei din care fac parte.

De asemenea, ne-ar permite să deţinem mult doritul control ultra-precis

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

pentru a repara circuitele de calcul

to fix the circuit computations that have gone awry.

care s-au defectat.

Now, how are we going to do that?

Şi cum putem face asta ?

Well, there are many molecules that exist in nature

Ei bine sunt mai multe molecule existente în natură,

care sunt capabile să transforme lumina în electricitate.

which are able to convert light into electricity.

Vă puteţi gândi la ele ca la nişte mici proteine

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

similare cu celulele solare.

If we install these molecules in neurons somehow,

Dacă am putea cumva să instalăm aceste molecule în neuroni,

then these neurons would become electrically drivable with light,

atunci aceşti neuroni ar căpăta conductibilitate electrică cu ajutorul luminii.

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

Iar, celulele vecine, care nu au aceste molecule, nu vor fi conductibile electric.

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

Şi mai este necesar un truc magic de a face acest lucru posibil

şi anume posibilitatea de a introduce lumina în creier.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

Şi pentru a face asta - creierul nu simte durerea- poţi pune -

Taking advantage of all the effort

profitând de toate eforturile

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

depuse pentru Internet, comunicare şi altele -

you can put optical fibers connected to lasers

fibre optice conectate la lasere

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

ce pot fi folosite pentru activarea, în modele animale de exemplu,

în studii pre-clinice,

these neurons and see what they do.

acestor neuroni şi să observi cum se comportă.

Şi cum putem face asta ?

So how do we do this?

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

Prin anul 2004,

în colaborare cu Gerhard Nagel şi Karl Deisseroth,

this vision came to fruition.

această viziune a dat roade.

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

Există o anumită algă, care înoată în sălbăticie

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

şi care trebuie să navigheze către lumină

pentru o fotosinteză optimă.

And it senses light with a little eyespot,

Ea poate detecta lumina cu un ochi mic,

which works not unlike how our eye works.

care funcţionează nu foarte diferit de ochiul uman.

In its membrane, or its boundary,

În membrana sa, sau la marginea acesteia,

it contains little proteins

sunt mici proteine

care într-adevăr transformă lumina în electricitate.

that indeed can convert light into electricity.

Aceste molecule sunt denumite rodopsine de canal.

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

Fiecare dintre aceste proteine acţionează precum o celulă solară, despre care am amintit.

that I told you about.

Când lumina albastră o atinge, se deschide o mică gaură

When blue light hits it,

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

şi permite particulelor încărcate să între în ochi.

Şi astfel ochiul va avea un semnal electric

that allows this eyespot to have an electrical signal,

exact ca o celulă solară care încarcă o baterie.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

Aşadar tot ce trebuie să facem este să luam aceste molecule

şi cumva să le instalăm în neuroni.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

Deoarece este o proteină,

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

are codificat ADN-ul organismului de provenienţă.

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

Şi deci ar trebui să luam acest ADN şi să

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

îl punem într-un vector de terapie a genelor, precum un virus,

and put it into neurons.

pe care apoi să îl introducem în neuroni.

And this was a very productive time in gene therapy,

Aşadar s-a dovedit că a fost un moment foarte productiv pentru terapia genelor

and lots of viruses were coming along,

şi mulţi viruşi au fost utilizaţi.

so this turned out to be fairly simple.

În consecinţă, s-a dovedit că este simplu de făcut.

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

Dis-de-dimineaţă într-o zi din vara lui 2004,

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

am încercat aceasta variantă şi a funcţionat din prima.

Iei acest ADN şi îl pui într-un neuron.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

Neuronul foloseşte mecanismul propriu de producere a proteinelor

to fabricate these little light-sensitive proteins

pentru a fabrica aceste mici proteine foto-sensibile

şi le instalează pe suprafaţa celulei,

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

precum ar fi aranjate panourile solare pe acoperiş.

And the next thing you know,

Şi apoi următorul lucru pe care îl descoperi

you have a neuron which can be activated with light.

este că ai obţinut un neuron ce poate fi activat de lumină.

Acest lucru este foarte puternic.

So this is very powerful.

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

Un alt truc pe care trebuie să îl faci

este să îţi dai seama cum poţi livra aceste gene în celulele dorite

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

şi nu în cele vecine.

Şi s-ar putea face; viruşii pot fi ajustaţi,

And you can do that;

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

în aşa fel încât să ajungă la anumite celule şi nu la celelalte.

De asemenea, mai este un truc genetic ce poate fi folosit

And there's other genetic tricks you can play

pentru a obţine celule activate de lumină.

in order to get light-activated cells.

Acest domeniu a ajuns să fie cunoscut drept optogenetică.

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

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

Şi tot ca exemplu despre ce mai poate fi făcut,

ai putea lua o reţea complexă,

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

să foloseşti unul dintre viruşi pentru livrarea genei

doar pentru un anumit tip de celulă din această reţea densă.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

Şi atunci când porneşti lumina asupra reţelei,

just that cell type will be activated.

doar acel tip de celulă se va activa.

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

De exemplu, să luăm în considerare celula coş, amintită mai devreme -

cea atrofiată în cazul schizofreniei

the one that's atrophied in schizophrenia

şi care este inhibitoare.

and the one that is inhibitory.

Dacă am putea livra acea genă în aceste celule -

If we can deliver that gene to these cells --

şi nu vor fi alterate de genă, bineînţeles -

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

şi am emite o lumină albastră asupra întregii reţele neuronale,

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

doar aceste celule s-ar activa.

Şi când lumina se închide, aceste celule revin la normal,

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

astfel încât să pară că nu au fost vreodată defecte.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

Astfel, nu doar că poate fi studiat ce fac aceste celule,

what their power is in computing in the brain,

care este puterea lor de calcul în creier,

dar va fi posibil să ne dăm seama --

you can also use this to try to figure out

s-ar putea să putem stimula activitatea acestor celule,

if we could jazz up the activity of these cells

dacă într-adevăr sunt atrofiate.

if indeed, they're atrophied.

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

Acum doresc să vă spun câteva relatări scurte

despre cum folosim asta,

both at the scientific clinical and preclinical levels.

la nivel ştiinţific, clinic şi pre-clinic.

One of the questions that we've confronted is:

Una dintre întrebările cu care ne confruntăm

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

este, care sunt semnalele din creier care mediază senzaţia de recompensă?

Because if you could find those,

Deoarece dacă ar putea fi identificate,

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

acestea ar putea fi câteva semnale ce pot ajuta învăţarea.

Creierul va face mai mult din orice ar duce la respectiva recompensă.

the brain will do more of what got that reward.

Acestea sunt semnalele alterate în dereglări precum dependenţa.

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

Aşadar, dacă am pute afla care sunt acele celule,

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

s-ar putea să găsim ţinte noi

pentru care să fie create medicamente, sau protecţie împotriva lor

for which drugs can be designed or screened against

sau poate să fie găsite locuri în care electrozi pot fi inseraţi

or maybe places where electrodes could be put in

pentru acele persoane care suferă de dizabilităţi severe.

for people who have severe disability.

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

Deci pentru a face asta, am gândit un model foarte simplu

în colaborare cu grupul Fiorella,

in collaboration with the Fiorillo group,

în care pe o latură a acestei cutii mici,

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

dacă animalul se duce acolo, primeşte un puls de lumină

it gets a pulse of light.

pentru a face diferite celule din creier sensibile la lumină.

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

Dacă aceste celule pot facilita reocompensa

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

animalul se va duce din ce în ce mai des acolo.

Şi asta se întâmplă.

And that's what happens.

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

Acest animal se deplasează spre dreapta şi când împinge acolo botul

şi de fiecare dată când face asta se aprinde scurt lumina albastră.

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

Şi va face asta de sute de sute de ori.

He'll do that hundreds of times.

Aceştia sunt neuroni dopamina,

These are the dopamine neurons,

despre care probabil o parte dintre voi aţi auzit ca fiind centre ale plăcerii, din creier.

in some of the pleasure centers in the brain.

Am arătat cum o scurtă activare a acestora

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

este suficientă, într-adevăr, pentru stimularea învăţării.

Acum putem generaliza ideea.

Now we can generalize the idea.

În loc de a ţinti un punct în creier,

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

putem concepe dispozitive care vizează tot creierul,

ce pot furniza lumină în modele tridimensionale -

that can deliver light into three-dimensional patterns --

reţele de fibră otpică,

arrays of optical fibers,

fiecare cuplată la propria mini-sursă de lumină.

each coupled to its own independent miniature light source.

Atunci am putea experimenta in vivo

Then we can try to do things in vivo

ceea ce am experimentat într-un vas -

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

o analiză la scară largă a întregului creier în căutarea

semnalelor ce determină anumite lucruri să se întâmple.

for the signals that can cause certain things to happen

S-ar putea să fie o metodă clinică bună

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

pentru tratarea dereglărilor mentale.

Şi încă ceva despre care vreau să vă povestesc

One story I want to tell you about is:

este cum putem identifica ţintele pentru tratarea stresului post-traumatic --

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

o formă de anxietate şi frică necontrolată.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

Ce am făcut a fost

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

să adoptăm un model foarte clasic de frică.

This goes back to the Pavlovian days.

Asta ne duce în zilele Pavloviene.

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

Se numeşte condiţionarea prin frică Pavlov --

un sunet se termină cu un şoc scurt.

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

Şocul nu este dureros, dar este puţin enervant.

Şi în timp -- în acest caz, un şoarece,

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

care reprezintă un bun model animal, des utilizat în experimente de acest tip --

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

animalul învaţă sunetul fricii.

the animal learns to fear the tone.

Animalul va reacţiona prin îngheţare

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

precum o căprioară în lumina farurilor.

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

Acum întrebarea este ce ţinte din creier putem găsi

that allow us to overcome this fear?

pentru a putea depăşi starea de frică ?

Astfel, am activat sunetul din nou

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

după ce a fost asociat cu frica.

Dar am activat ţinte din creier, altele,

But we activate different targets in the brain,

utilizând acea reţea de fibre optice, despre care v-am spus anterior,

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

pentru a putea găsi şi a ne da seama care ţinte

in order to try and figure out

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

pot determina creierul să ignore memoria fricii.

Această scurtă înregistrare

This brief video shows you one of these targets

arată aceste ţinte la care noi lucrăm.

that we're working on now.

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

Aceasta este zona din cortexul prefrontal

o zonă în care putem folosi cunoaşterea în încercarea de a ignora stările emoţionale averse.

to try to overcome aversive emotional states.

Animalul va auzi un sunet - o lumină scurtă a apărut acolo.

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

Nu avem sonor la înregistrare, dar puteţi vedea cum a îngheţat animalul.

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

Acest sunet înseamnă veşti proaste.

the tone used to mean bad news.

În colţul din stânga-jos este un ceas mic,

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

care arată ca animalul se află de două minute în această situaţie.

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

Şi acum următoarea înregistrare

This next clip is just eight minutes later.

este după opt minute mai târziu.

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

Se dă drumul la acelaşi sunet, apoi lumina clipeşte din nou.

Ok, uitaţi. Chiar acum.

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

Puteţi vedea, cum doar în 10 minute de experiment,

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

am echipat creierul prin foto-activarea acestei zone

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

pentru a ignora expresia

to overcome the expression of this fear memory.

acestei memorii a fricii.

În ultimii doi ani, ne-am întors la copacul vieţii,

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

deoarece am dorit să găsim metode de dezactivare a circuitelor din creier.

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

Dacă am putea face asta, ar putea fi extrem de puternic.

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

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

Dacă am putea dezactiva celulele, doar pentru câteva milisecunde sau secunde,

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

ne-am putea da seama care este rolul lor necesar,

în circuitele din care fac parte.

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

Am evaluat organisme de prin toate zonele copacului vieţii --

fiecare regn de vieţuitoare cu excepţia animalelor, pe care le vedem ca fiind puţin diferite.

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

Am descoperit tot felul de molecule, denumite halorodopsine sau rodopsine arc,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

care răspund la culorile verde şi galben.

that respond to green and yellow light.

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

Acestea se comportă diferit faţă de molecula menţionată anterior

rodopsina canal activată de lumina albastră.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

Să vă dau un exemplu, ce vă arată unde ar putea duce asta.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Consideraţi, de exemplu, o stare precum epilepsia,

where the brain is overactive.

caz în care creierul este hiperactiv.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Dacă medicamentele nu funcţionează în tratamentul epileptic,

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

una dintre strategii este de a îndepărta o porţiune din creier.

Dar evident că este ireversibil şi pot apărea efecte secundare.

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

Ce ar fi dacă am putea dezactiva porţiunea de creier, pentru scurt timp,

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

până atacul dispare

until the seizure dies away,

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

şi ar permite creierului sa revină la starea iniţială -

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

oarecum similar cu un sistem dinamic care a fost adus într-o stare stabilă.

Această animaţie încearcă sa explice conceptul

This animation tries to explain this concept

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

prin care am sensibilizat aceste celulele să fie închise prin lumină,

şi am proiectat lumină

and we beam light in,

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

şi doar în intervalul necesar pentru terminarea atacului,

sperăm să o putem închide.

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

Nu avem date să vă arătăm pentru această direcţie,

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

dar suntem entuziasmaţi de asta.

but we're very excited about this.

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

Acum vreau să închid cu o altă poveste,

care cred că reprezintă o altă posibilitate -

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

poate aceste molecule, dacă am putea deţine control ultra-precis,

pot fi folosite chiar pentru creier

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

pentru a crea un tip de proteză, o proteză optică.

an optical prosthetic.

Tocmai v-am spus că stimulatorii electrici nu sunt ceva neobişnuit.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

75.000 de oameni bolnavi de Parkinson au implantaţi adânc în creier stimulatori.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

Poate 100.000 de oameni au implanturi cohleare

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

care le permit să audă.

Şi mai este un motiv pentru care ar trebui puse aceste gene în celule.

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

A apărut o nouă speranţă pentru terapia genelor

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

deoarece viruşii precum vectorul adeno-asociat,

pe care probabil majoritatea de aici îl avem

which probably most of us around this room have;

şi care nu manifestă nici un simptom,

it doesn't have any symptoms --

a fost folosit pe sute de pacienţi

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

pentru livrarea genelor în creier sau corp.

And so far, there have not been serious adverse events

Şi până acum nu au fost efecte adverse serioase

asociate cu acest virus.

associated with the virus.

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

A mai rămas un lucru important de spus, proteinele însele,

which come from algae, bacteria and funguses

care provin din alge, bacterii şi ciuperci şi

and all over the tree of life.

de peste tot din copacul vieţii.

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

Majoritatea dintre noi nu au ciuperci sau alge în creier,

aşadar ce va face creierul nostru când le vom introduce în el ?

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

Vor fi tolerate celulele ? Va reacţiona sistemul imunitar ?

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

Ne aflăm încă la început - deocamdată încă nu am încercat pe oameni -

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

dar lucrăm la diferite studii

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

pentru a testa şi examina asta.

Până acum nu am observat reacţii evidente, de nici un fel de severitate

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

generate de aceste molecule

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

sau de iluminarea creierului cu lumină.

Aşadar ne aflăm prea la început să fim avansaţi, dar suntem foarte entuziasmaţi.

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

Am dorit să închid cu o poveste,

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

care credem că ar putea reprezenta

o aplicaţie clinică.

Now, there are many forms of blindness

În prezent sunt foarte multe forme de orbire

în care fotoreceptorii,

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

senzorii noştri de lumină aflaţi în partea din spate a ochiului, au dispărut.

are gone.

And the retina is a complex structure.

Şi retina, bineînţeles, este o structură complexă.

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

Să mărim imaginea, astfel încât să vedem mai multe detalii.

celulele fotoreceptoare sunt reprezentate în partea de sus,

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

iar semnalele detectate de fotoreceptori

sunt transformate prin diferite calcule,

via various computations

până când, în final, stratul de celule de la bază, celulele ganglionare,

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

transmit informaţiile la creier,

relay the information to the brain,

unde putem observa că are loc percepţia.

where we see that as perception.

În multe forme de orbire, precum retinopatia pigmentară,

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

sau degenerarea maculară,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

celulele fotoreceptoare sunt atrofiate sau distruse.

Now, how could you repair this?

Cum pot fi reparate ?

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

Nu este clar nici dacă un medicament ar putea determina refacerea,

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

deoarece acesta nu are de ce să se prindă.

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

Pe de altă parte, totuşi lumina poate intra în ochi.

Ochiul este încă transparent şi poţi introduce lumină în el.

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

Cum ar fi să putem lua doar aceste canalrodopsine şi alte molecule

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

şi să le inserăm în câteva dintre aceste celule

and install them on some of these other spared cells

pentru a le transforma în mici camere video.

and convert them into little cameras?

Şi deoarece sunt atât de multe celule de acest tip în ochi,

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

posibil, ar putea fi camere video de foarte mare rezoluţie.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

Cam aceasta este o parte din munca noastră.

This is some work that we're doing,

Cercetarea este coordonată de unul dintre colaboratorii noştri

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

Alan Horsager de la USC - University of Southern California

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

şi dorită a fi comercializată de către compania Eos Neuroscience

fondată de NIH.

which is funded by the NIH.

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

Ce puteţi vedea aici este un şoarece, care încearcă să rezolve un labirint.

Este un labirint cu şase braţe. Şi este un pic de apă în labirint

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

pentru a motiva şoarecele să se mişte, altfel ar sta pur şi simplu.

Bineînţeles că obiectivul acestui labirint

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

este ca şoarecele să iasă din apă şi să se urce pe platforma micuţă

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

care este luminată de sus.

Şoarecii sunt isteţi, aşadar acest şoarece rezolvă până la urmă labirintul

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

but he does a brute-force search.

dar prin căutări bazate pe forţă brută.

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

Înoată pe fiecare braţ până când ajunge în final la platformă.

He's not using vision to do it.

Aşadar nu îşi foloseşte vederea pentru asta.

These different mice are different mutations

Şoareci aceştia sunt alţii şi au mutaţii diferite,

care sugerează diferite tipuri de orbire, ce afectează oamenii.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

Am încercat să fim atenţi în selectarea acestor modele diferite,

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

pentru a avea o abordare generalizată

so we come up with a generalized approach.

Cum rezolvăm asta ?

So how can we solve this?

Vom face exact ce am arătat mai devreme.

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

Vom lua aceşti fotosenzori pentru lumină albastră

We'll take these blue light photo sensors

şi îi vom insera în stratul de celule

and install them onto a layer of cells

aflat în mijlocul retinei din spatele ochiului

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

and convert them into a camera --

pentru a îi transforma în camere video.

just like installing solar cells all over those neurons

Ca şi cum am instala celule solare în aceşti neuroni

pentru a-i face sensibili la lumină.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

în interiorul lor, lumina este transformată în electricitate.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Acest şoarece era orb înainte să începem experimentul, cam de două săptămâni,

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

şi a primit o doză din molecula fotosensibilă cu ajutorul unui virus.

Acum puteţi vedea că animalul chiar poate evita pereţii

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

şi să ajungă pe această mică platformă

and go to this little platform

conştientizând cu ajutorul ochilor săi.

and make cognitive use of its eyes again.

Şi pentru a sublinia puterea acestui fapt:

And to point out the power of this:

aceste animale sunt capabile să se urce pe platformă

these animals can get to that platform

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

la fel de repede ca orice alte animale, care au văzut toată viaţa lor.

Astfel, acest studiu pre-clinic, cred

So this preclinical study, I think, bodes hope

că generează speranţă pentru tot felul de lucruri

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

pe care sperăm să le facem în viitor.

În final, doresc să subliniez că, de asemenea, explorăm

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

noi modele de afaceri pentru acest domeniu al neurotehnologiei.

Dezvoltăm aceste instrumente,

We're developing tools and sharing them freely

dar le împărtăşim gratuit cu alte sute de grupuri din toată lumea,

with hundreds of groups all over the world

astfel încât oameni să le studieze şi să le încerce în diferite tipuri boli mentale.

for them to study and try to treat different disorders.

Speranţa noastră este că, prin descifrarea circuitelor din creier

Our hope is that by figuring out brain circuits

la un nivel de abstractizare ce ne-ar permite repararea şi proiectarea lor,

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

am putea ca pe aceste tulburări mentale, menţionate mai devreme,

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

din care practic nici una nu poate fi vindecată

practically none of which are cured,

să le facem să devină istorie în secolul 21.

and in the 21st century, make them history.

Vă mulţumesc.

Thank you.

(Applause)

(Aplauze)

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

Juan Enriquez: O parte din informaţii sunt foarte dense.

(Laughter)

(Râsete)

Dar implicaţiile

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

posibilităţii de a controla atacurile de epilepsie

with light instead of drugs

cu ajutorul luminii în locul drogurilor

and being able to target those specifically

şi ţintirea doar a zonelor specifice

is a first step.

este un prim pas.

The second thing that I think I heard you say

Al doilea lucru pe care cred că te-am auzit că l-ai spus

is you can now control the brain in two colors,

este că am putea controla creierul cu două culori.

Ca un întrerupător.

like an on-off switch.

Ed Boyden: Exact.

Ed Boyden: That's right.

JE: Ceea ce ar face ca impulsul care tranzitează creierul să fie în cod binar.

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

EB: Corect, da.

EB: Right.

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

Aşadar cu lumina albastră, putem trimite informaţia şi ar lua forma lui unu.

Şi prin închiderea ei, mai mult sau mai puţin ar fi zero.

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

Aşadar speranţa noastră este de a construi coprocesoare pentru creier

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

care ar lucra cu creierul,

astfel încât să amplificăm funcţii la oamenii cu dizabilităţi

so we can augment functions in people with disabilities.

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

JE: Şi în teorie, asta înseamnă că

în timp ce şoarecele simte, miroase,

aude, atinge,

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

poate fi modelat într-un şir de unu şi zero.

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

Bineînţeles, da. Sperăm să o folosim ca metodă de testare

a codurilor neuronale, care determină anumite comportamente,

what neural codes can drive certain behaviors

gânduri şi sentimente,

and certain thoughts and certain feelings

şi să le folosim pentru o mai bună înţelegere a creierului.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

JE: Acest lucru ar putea însemna că odată cândva am putea descărca memoriile

and maybe upload them?

şi poate chiar să le încărcăm ?

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

EB: Ei bine, la asta am început deja să lucrăm intens.

Acum lucrăm la un studiu

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

prin care încercăm să dotăm creierul şi cu elemente de înregistrare.

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

Aşadar putem înregistra informaţii şi apoi să le transferăm înapoi --

sort of computing what the brain needs

un mod de calcul al necesităţilor creierului

in order to augment its information processing.

pentru a creşte puterea lui de procesare a informaţiei.

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

JE: Ei bine, asta ar putea schimba câteva lucruri. Mulţumesc. (EB: Mulţumesc)

EB: Thank you.

(Aplauze)

(Applause)