What investigating neural pathways can reveal about mental health | Kay M. Tye

Transcriber: Ivana Korom Reviewer: Krystian Aparta

Переводчик: Nataliia Pysemska Редактор: Yulia Kallistratova

I'm going to start by saying something you think you know to be true.

Начну с заявления, которые вы все считаете истиной.

Your brain creates all facets of your mind.

Мозг создаёт все грани вашего разума.

So then why do we treat mental and physical illnesses

Тогда почему мы по-разному лечим

so differently,

психические и физические заболевания,

if we think we know that the mind comes from the brain?

если считаем, что разум берёт начало в мозге?

As a neuroscientist, I'm often told

Как нейробиолог я часто слышу,

that I'm not allowed to study how internal states

что мне нельзя изучать, каким образом внутреннее состояние,

like anxiety or craving or loneliness

например тревожность, страстное желание или одиночество,

are represented by the brain,

представлено в мозгу,

and so I decided to set out and do exactly that.

и поэтому я решила заниматься именно этим.

My research program is designed to understand the mind

Мой научный подход направлен на изучение разума

by investigating brain circuits.

путём исследования мозговых цепей.

Specifically, how does our brain give rise to emotion.

В частности, как мозг вызывает в нас эмоции.

It's really hard to study feelings and emotions,

Чувства и эмоции изучать крайне тяжело,

because you can't measure them.

потому что их нельзя измерить.

Behavior is still the best and only window

Поведение пока остаётся лучшим и единственным окном

into the emotional experience of another.

в эмоциональные переживания других людей.

For both animals and people,

Как у людей, так и у животных,

yes, self-report is a behavioral output.

по поведению можно судить об их внутреннем состоянии.

Motivated behaviors fall into two general classes:

Мотивированное поведение делится на два основных класса:

seeking pleasure and avoiding pain.

погоня за удовольствием и избегание боли.

The ability to approach things that are good for you

Способность приближаться к полезным вещам

and avoid things that are bad for you

и избегать опасных —

is fundamental to survival.

основа выживания.

And in our modern-day society,

В нашем современно обществе

trouble telling the difference can be labeled as a mental illness.

неумение отличить одно от другого могут назвать психическим заболеванием.

If I was having car trouble,

Если у меня барахлит машина,

and I took my car to the mechanic,

я отвожу её в автосервис,

the first thing they do is look under the hood.

и первое, что там делают, — смотрят под капот.

But with mental health research,

Но в случае с исследованием психического здоровья

you can't just pop open the hood with the press of a button.

нельзя поднять капот простым нажатием на кнопку.

So this is why we do experiments on animals.

Именно поэтому мы проводим эксперименты над животными.

Specifically, in my lab, mice.

В частности, в моей лаборатории это мыши.

To understand the brain, well, we need to study brains.

Чтобы понять мозг, нужно его изучить.

And for the first time, we actually can.

И впервые в истории мы действительно можем это сделать.

We can pop open the hood.

Мы можем заглянуть «под капот»,

We can look inside

в самую суть,

and do an experiment and see what comes out.

провести эксперименты и посмотреть, что из этого выйдет.

Technology has opened new windows into the black box that is our minds.

Технологии открыли новые грани чёрного ящика, которым является наш мозг.

The development of optogenetic tools

Разработка оптогенетических инструментов

has allowed us unprecedented control over specific neurons in the brain

дала нам возможность управлять особыми нейронами в мозге

and how they talk to each other by firing electrical signals.

и их взаимодействием через электрические сигналы.

We can genetically engineer neurons to be light sensitive

Можно на генетическом уровне привить нейронам чувствительность к свету

and then use light to control how neurons fire.

и затем использовать свет, чтобы управлять их активностью.

This can change an animal's behavior,

Так можно изменять поведение животных,

giving us insight into what that neural circuit can do.

чтобы понять потенциал нейронных схем.

Want to know how scientists figure this out?

Хотите узнать, как учёные это выясняют?

Scientists developed optogenetic tools by borrowing knowledge

Она разработали оптогенетические инструменты, применив знания

from other basic science fields.

из фундаментальных наук.

Algae are single-celled organisms that have evolved to swim towards light.

Водоросли — одноклеточные организмы — развили способность плыть за светом.

And when blue light shines onto the eyespot of an algae cell,

Когда голубой свет попадает на глазное пятно водоросли,

a channel opens, sending an electrical signal

канал открывается, посылая электрический сигнал

that makes little flagella flap

и приводя в движение маленькие реснички,

and propels the algae towards sunlight.

в результате чего водоросль следует за солнечным светом.

If we clone this light-sensitive part of the algae

Если мы клонируем светочувствительную часть водоросли

and then add it to neurons through genetic modification,

и путём генетической модификации приживим их к нейронам,

we can make neurons light-sensitive, too.

мы сможем сделать сами нейроны тоже светочувствительными.

Except, with neurons,

Однако в случае с нейронами,

when we shine light down an optical fiber deep into the brain,

когда свет передаётся на оптическое волокно глубоко в мозге,

we change how they send electrical signals to other neurons in the brain

мы меняем характер передачи электрических сигналов к к другим нейронам мозга,

and thus change the animal's behavior.

тем самым меняя и поведение животного.

With the help of my colleagues,

С помощью моих коллег

I pioneered the use of optogenetic tools

я впервые использовала оптогенетические инструменты,

to selectively target neurons that are living in point A,

чтобы через выбранные в точке А нейроны

sending messages down wires aimed at point B,

передать сигнал по связям в точку Б,

leaving neighboring neurons going other places unaffected.

при этом не задев соседние нейроны.

This approach allowed us to test the function of each wire

Этот подход позволил нам протестировать функцию каждой связи

within the tangled mess that is our brain.

в запутанном лабиринте, которым является наш мозг.

A brain region called the amygdala

Долгое время считали, что часть мозга под названием

has long been thought to be important for emotion,

миндалевидное тело играет важную роль в эмоциях.

and my laboratory discovered

Моя лаборатория обнаружила,

that the amygdala resembles a fork in the road

что миндалевидное тело напоминает дорожную развилку:

where activating one path can drive positive emotion and approach,

активизация одного направления вызывает позитивные эмоции и приближение,

and activating another path can drive negative emotion and avoidance.

а другого пути — негативные чувства и уклонение.

I'm going to show you a couple of examples --

Я покажу вам пару примеров —

a taste of raw data --

малую толику необработанных данных, —

of how we can use optogenetics to target specific neurons in the brain

как настроить оптогенетические инструменты на определённые нейроны в мозге

and get very specific changes in behavior.

и получить конкретные изменения в поведении.

Anxiety patients have abnormal communication

У пациентов с тревожным расстройством нарушена связь

between two parts of the amygdala,

между двумя частями миндалевидного тела,

but in people, it's hard to know if this abnormality is cause or effect

но у людей сложно понять, является ли это причиной

of the disease.

или следствием болезни.

We can use optogenetics to target the same pathway in a mouse,

С помощью оптогенетических инструментов можно нацелиться на эти связи у мышей

and see what happens.

и посмотреть, что случится.

So this is the elevated plus maze.

Это приподнятый крестообразный лабиринт.

It's a widely used anxiety test

Его применяют в тестах на тревожность,

that measures the amount of time

чтобы измерить, сколько времени

that the mouse spends in the safety of the closed arms

мышь проводит в безопасном закрытом отсеке,

relative to exploring the open arms.

а сколько — исследуя открытые зоны.

Mice have evolved to prefer enclosed spaces,

Вследствие эволюции мыши стали предпочитать закрытые пространства,

like the safety of their burrows,

напоминающие их безопасны норки,

but to find food, water, mates,

но в поисках еды, воды и других особей

they need to go out into the open

им нужно выбираться на открытое пространство,

where they're more vulnerable to predatory threats.

где они более уязвимы перед хищниками.

So I'm sitting in the background here,

Итак, здесь я сижу за кадром

and I'm about to flip the switch.

и собираюсь щёлкнуть выключателем.

And now, when I flip the switch and turn the light on,

Теперь, когда я включу свет,

you can see the mouse begins to explore the open arms of the maze more.

мы наблюдаем, как мышь начинает исследовать открытое пространство.

And in contrast to drug treatments for anxiety,

В отличие от медикаментозного лечения,

there's no sedation, no locomotor impairment,

этот подход не сопряжён с седацией, нарушениями в опорно–двигательной системе,

just coordinated, natural-looking exploration.

он просто обусловлен заложенным природой желанием исследования.

So not only is the effect almost immediate,

В итоге результат не только мгновенный,

but there are no detectable side effects.

он ещё и не имеет побочных эффектов.

Now, when I flip the switch off,

Теперь, когда я выключаю свет,

you can see that the mouse goes back to its normal brain function

видно: мозговая активность у мыши возвращается в норму,

and back to its corner.

а сама мышь — в свой угол.

When I was in the lab and I was taking these data,

Когда я собирала эти данные в лаборатории,

I was all by myself, and I was so excited.

я была одна, очень взволнована.

I was so excited, I did one of these quiet screams.

Я была настолько взволнована, что даже взвизгнула.

(Silently) Aah!

(Шепотом) Аааа!

(Laughter)

(Смех)

Why was I so excited?

Что меня так взволновало?

I mean, yeah, theoretically, I knew that the brain controlled the mind,

Конечно, теоретически я знала, что мозг контролирует разум.

but to flip the switch with my hand

Но когда я лично щёлкала выключателем

and see the mouse change its behavioral state

и наблюдала, как стремительно меняется

so rapidly and so reversibly,

поведение мыши,

it was really the first time that I truly believed it.

я впервые действительно поверила в это.

Since that first breakthrough,

С того первого прорыва

there have been a number of other discoveries.

было ещё несколько открытий.

Finding specific neural circuits that can elicit dramatic changes

Мы обнаружили нейронные цепи, которые вызывают серьёзные изменения

in animal behavior.

в поведении животных.

Here's another example: compulsive overeating.

Ещё один пример: компульсивное переедание.

We can eat for two reasons.

Мы едим по двум причинам.

Seeking pleasure, like tasty food,

Чтобы получить удовольствие, например, от вкусной еды,

or avoiding pain, like being hungry.

и чтобы избежать боли — голода.

How can we find a treatment for compulsive overeating

Как вылечить компульсивное переедание,

without messing up the hunger-driven feeding

не нарушая естественное избегание голода,

that we need to survive?

необходимое для выживания?

The first step is to understand

Первый шаг — понять,

how the brain gives rise to feeding behavior.

как мозг формирует пищевое поведение.

This fully-fed mouse is just exploring a space

Сытая мышь просто исследует пространство,

completely devoid of any food.

в котором нет никакой пищи.

Here we're using optogenetics to target neurons living in the hypothalamus,

Здесь мы с помощью оптогенетики целимся в нейроны гипоталамуса,

sending messages down wires aimed at the midbrain.

посылая сообщение по цепям в средний мозг.

When I turn the light on, right here,

Когда я включу свет,

you can see that the mouse immediately begins licking the floor.

мышь моментально начнёт лизать пол.

(Laughter)

(Смех)

This seemingly frenzied behavior

Это, казалось бы, иррациональное поведение

is about to escalate into something I find really incredible.

перерастёт в нечто, по моему мнению, поистине невероятное.

It's kind of trippy, actually.

Вообще-то, это немного странно.

Ready?

Готовы?

It's right here.

Прямо сейчас.

See, he picks up his hands as if he is eating a piece of food,

Смотрите, она поднимает лапки, как будто ест кусочек еды,

but there's nothing there, he's not holding anything.

но там ничего нет, она держит пустоту.

So this circuit is sufficient to drive feeding behavior

Так что этой схемы достаточно для управления пищевым поведением,

in the absence of hunger,

будь от отсутствие голода

even in the absence of food.

или даже еды.

I can't know for sure how this mouse is feeling,

Точно не знаю, как себя чувствует мышь,

but I speculate these neurons drive craving

но предполагаю, то эти нейроны вызывают тягу

based on the behaviors we elicit when we target this pathway.

из-за поведения, которое мы активируем, влияя на конкретный нейронный путь.

Turn the light back off --

Снова выключаем свет

animal's back to normal.

и животное возвращается в норму.

When we silence this pathway,

Заглушая этот путь,

we can suppress and reduce compulsive overeating

мы можем подавить и уменьшить компульсивное переедание,

without altering hunger-driven feeding.

не нарушая питания с целью унять голод.

What did you take away from these two videos

Что мы вынесли из этих двух видео,

that I just showed you?

которые я показала?

That making a very specific change to neural circuits in the brain

Что конкретные изменения нейронных цепей в мозге

can have specific changes to behavior.

могут изменить поведение.

That every conscious experience that we have

Что каждый наш сознательный опыт

is governed by cells in our brain.

регулируется клетками нашего мозга.

I am the daughter of a physicist and a biologist,

Я дочь физика и биолога,

who literally met on the boat coming to America

которые буквально встретились на корабле по пути в Америку

in pursuit of an education.

на учёбу.

So naturally,

Естественно,

since there was "no pressure" to be a scientist ...

они «совсем» не повлияли на мой выбор карьеры учёного...

(Laughter)

(Смех)

as a college student,

Поступив в колледж,

I had to decide whether I wanted to focus on psychology, the study of the mind,

я должна была выбрать специализацию: психологию, науку о разуме,

or neuroscience, the study of the brain.

или неврологию, науку о мозге.

And I chose neuroscience,

Я выбрала неврологию,

because I wanted to understand how the mind is born

потому что хотела понять, как зарождается разум

out of biological tissue.

в биологических тканях.

But really, I've come full circle to do both.

Но в итоге я пришла к изучению обоих направлений.

And now my research program

Сейчас исследовательская программа

bridges the gap between the mind and the brain.

служит мостом между разумом и мозгом.

Research from my laboratory

Исследования моей лаборатории

suggests that we can begin to tie specific neural circuits

предполагают, что мы можем для начала привязать определённые нейронные цепи

to emotional states.

к эмоциональным состояниям.

And we have found a number of circuits

Мы обнаружили несколько цепей,

that control anxiety-related behavior,

которые контролируют поведение, связанное с тревогой,

compulsive overeating,

компульсивное переедание,

social interaction, avoidance

социальное взаимодействие, избегание

and many other types of motivated behaviors

и другие типы мотивированного поведения,

that may reflect internal emotional states.

которые отражают внутреннее эмоциональное состояние.

We used to think of functions of the mind as being defined by brain regions.

Ранее мы считали, что функции разума определяются отделами мозга.

But my work shows that within a given brain region,

Но моя работа показывает, что в каждой части мозга

there are many different neurons doing different things.

разные нейроны выполняют разные действия.

And these functions are partly defined by the paths they take.

И эти функции частично определяются путями, которые выбирают нейроны.

Here's a metaphor to help illustrate

Вот метафора, которая отражает перемены,

how these discoveries change the way that we think about the brain.

которые это открытие принесёт в наше понимание мозга.

Let's say that the brain is analogous to the world

Представим, что мозг это мир,

and that neurons are analogous to people.

а нейроны — люди.

And we want to understand how information is transmitted across the planet.

Нам нужно понять, как информация передаётся по всей планете.

Sure, it's useful to know

Разумеется, полезно знать,

where a given person is located when recording what they're saying.

где находится данный человек при записи того, что они говорят.

But I would argue that it's equally important

Но я заявляю, что не менее важно знать,

to know who this person is talking to,

с кем этот человек говорит,

who is listening

кто слушает

and how the people listening respond to the information that they receive.

и как слушатели отвечают на полученную информацию.

The current state of mental health treatment

Сейчас лечение психических расстройств

is essentially a strategy of trial and error.

основывается на стратегии проб и ошибок.

And it is not working.

И этот метод не действует.

The development of new drug therapies for mental health disorders

Внедрение нового медикаментозного лечения психических расстройств

has hit a brick wall,

упёрлось в глухую стену

with scarcely any real progress since the 1950s.

без каких либо существенных прорывов с 1950–х годов.

So what does the future hold?

Так что же нас ждёт в будущем?

In the near future,

В ближайшем будущем

I expect to see a mental health treatment revolution,

я ожидаю революцию в лечении психических расстройств

where we focus on specific neural circuits in the brain.

с упором на конкретные нервные цепи в мозге.

Diagnoses will be made based on both behavioral symptoms

При постановке диагноза поведенческие симптомы будут учитывать

and measurable brain activity.

наравне с показателями активности мозга.

Further in the future,

В более отдалённом будущем

by combining our ability to make acute changes to the brain

мы сможем вносить значительные изменения не только в мозг,

and get acute changes to behavior

но и в поведение.

with our knowledge of synaptic plasticity to make more permanent changes,

Благодаря нашим знаниям синаптической пластичности эти изменения

we could push the brain into a state of fixing itself

будут перманентными, мы сможем подтолкнуть мозг на путь самоисправления,

by reprogramming neural circuits.

перепрограммировав нервные цепи.

Exposure therapy at the circuit level.

Экспозиционная терапия на уровне цепей.

Once we switch the brain into a state of self-healing,

Переключение мозга в режим самовосстановления

this could potentially have long-lasting effects

потенциально может иметь длительный эффект

with no side effects.

без побочных реакций.

I can envision a future where neural circuit reprogramming

Я могу представить будущее, где перепрограммирование нейронной схемы

represents a potential cure, not just a treatment.

представляет собой потенциальное исцеление, а не просто лечение.

OK, but what about right now?

Ладно, а как дела обстоят сейчас?

If from this very moment forward,

Если с этого момента

each and every one of you left this talk

каждый из вас после выступления

and truly believed that the mind comes entirely from cells in your brain,

искренне поверит, что разум целиком исходит из клеток вашего мозга,

then we could immediately get rid of negative perceptions and stigmas

тогда мы могли бы немедленно избавиться от негативного восприятия и стигмы,

that prevent so many people

которая не дают многим людям

from getting the mental health support that they need.

получить необходимую поддержку психического здоровья.

Mental health professionals,

Как специалисты в сфере душевного здоровья

we're always thinking about what's the next new treatment.

мы всегда думаем о новом лечении.

But before we can apply new treatments,

Но прежде чем применить новые методы лечения,

we need people to feel comfortable seeking them.

нужно, чтобы люди не боялись за ними обратиться.

Imagine how dramatically we could reduce the rates of suicides

Представьте, насколько мы могли бы снизить уровень самоубийств

and school shootings

и перестрелок в школах,

if everyone who needed mental health support actually got it.

если бы все нуждающиеся в психологической поддержке её на самом деле получили.

When we truly understand exactly how the mind comes from the brain,

Когда мы действительно поймём, как именно разум возникает из мозга,

we will improve the lives of everyone

мы улучшим жизнь каждого,

who will have a mental illness in their lifetime --

кто страдает от психических расстройств —

half the population --

а это половина населения, —

as well as everyone else with whom they share the world.

как и всех остальных, кто наряду с ними населяет этот мир.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)