Ed Boyden: A light switch for neurons

Эд Бойден: Переключатель для нейронов

Переводчик: Alina Bychkova Редактор: Ekaterina Tsvetkova

Представьте свой обычный день.

Think about your day for a second.

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

Вы проснулись, вдохнули свежий воздух, выйдя за дверь,

encountered new colleagues and had great discussions

встретили новых коллег и что-нибудь обсудили,

поразились, узнав что-нибудь новое.

and felt in awe when you found something new.

Но готов поспорить, кое о чем вы не вспомнили -

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

о чем-то настолько близком,

something so close to home,

что вы, возможно, об этом не так часто думаете.

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

А именно - о том, что все ощущения,

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

решения и действия

осуществляются посредством компьютера в вашей голове

are mediated by the computer in your head

под названием мозг.

called your brain.

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

Внешний вид мозга никак не отражает его устройства -

розовато-сероватая,

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

бесформенная масса,

amorphous.

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

но за последние сотню лет нейробиология

позволила нам заглянуть внутрь мозга,

and to see the intricacy of what lies within.

и увидеть, как непросто он устроен.

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

От ученых мы узнали, что мозг -

это невероятно сложная электросхема,

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

состоящая из миллионов клеток, которые называются нейронами.

Now, unlike a human-designed computer,

В отличие от компьютера, созданного людьми,

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

где количество деталей вполне обозримо -

и мы знаем, как они работают, потому что это мы их сделали -

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

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

мозг состоит из тысяч разновидностей клеток,

может быть, даже десятков тысяч.

maybe tens of thousands.

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

Они разной формы; они состоят из разных молекул;

и они тесно связаны с различными областями мозга.

they project and connect to different brain regions.

А также они меняют свое поведение при разных болезнях.

They also change in different ways in different disease states.

Давайте конкретизируем.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Есть клетки особого класса,

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

которые подавляют и успокаивают соседние клетки.

Они оказываются атрофированными, например, при шизофрении.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

Это корзинчатые нейроны.

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

И это - один из тысяч видов клеток,

которые мы изучаем.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

Каждый день открываются новые виды.

Еще один пример:

As just a second example:

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

эти крупные клетки в форме пирамид

могут охватывать значительную часть мозга.

of the brain.

Они действуют возбуждающе.

They're excitatory.

А эти клетки - одни из тех,

And these are some of the cells that might be overactive

которые становятся гиперактивными, например, при эпилепсии.

in disorders such as epilepsy.

Каждая из этих клеток -

Every one of these cells is an incredible electrical device.

это невероятный электроприбор.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Они получают импульс от тысяч соседей сверху цепочки

и пересчитывают собственный электрический импульс,

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

который, дойдя до определенного порога,

перейдет к соседям вниз по цепочке.

will go to thousands of downstream partners.

И этот процесс, занимающий около одной миллисекунды,

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

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

происходит тысячи раз в минуту

в каждой из ваших сотен миллионов клеток,

as long as you live and think and feel.

все время, пока вы живете,

думаете и чувствуете.

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

Как же мы выясним, что делает эта электросхема?

В идеале мы бы прошли по всей цепочке элементов,

Ideally, we could go through this circuit

включая и выключая разные виды клеток,

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

и отмечая, какие из них

which ones contribute to certain functions

участвуют в тех или иных функциях,

and which ones go wrong in certain pathologies.

и какие работают неправильно при тех или иных патологиях.

Если бы мы могли активировать клетки, мы бы увидели,

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

что они запускают и за что они отвечают.

what they can initiate and sustain.

Если бы могли их выключить,

If we could turn them off,

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

мы бы попытались понять, зачем они нужны.

Об этом я собираюсь вам сегодня рассказать.

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

И, честно говоря, последние 11 лет

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

мы провели, выясняя,

through an attempt to find ways

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

как эти схемы, клетки, и отделы мозга

можно включать и выключать,

on and off,

чтобы понять их работу

both to understand the science

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

и преодолеть некоторые проблемы,

которые стоят перед человечеством.

Now, before I tell you about the technology,

Прежде чем я расскажу о технологии,

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

я сообщу неприятную вещь: большинство из нас,

если мы проживем достаточно долго,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

вероятно, получат расстройство мозга.

Уже миллион людей

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

имеют расстройство мозга,

которое сделало их недееспособными.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

И цифрами этого не выразить.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Эти нарушения - шизофрения, болезнь Альцгеймера,

депрессия, зависимость -

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

они не только отнимают наши годы жизни, но и меняют нас;

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

они влияют на нашу индивидуальность и меняют эмоции -

and change who we are as people.

они меняют нас как людей.

Now, in the 20th century,

В 20 веке

была надежда на разработку медикаментов,

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

которые лечат расстройства мозга.

И хотя были созданы новые препараты,

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

которые могут ослаблять симптомы расстройств мозга,

ни одно из них нельзя вылечить.

practically none of them can be considered to be cured.

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

И отчасти потому, что мы лечим мозг химически.

we're bathing the brain in a chemical --

Наша "электросхема",

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

созданная из тысяч видов клеток,

погружается в химическую субстанцию.

is being bathed in a substance.

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

Вот почему, наверное, большинство лекарств - но не все -

имеют серьезные побочные эффекты.

can present some kind of serious side effect too.

Некоторые люди чувствуют облегчение

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

от электрических стимуляторов, имплантированных в мозг.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

И что касается болезни Паркинсона,

улиточные имплантанты

These have indeed been able to bring some kind of remedy

как раз смогли

дать некоторое облегчение

to people with certain kinds of disorders.

людям, страдающим от подобных расстройств.

But electricity also will go in all directions --

Но электрический импульс идет во все направления -

the path of least resistance --

по пути наименьшего сопротивления,

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

в буквальном физическом смысле.

and will also affect normal circuits,

Он влияет как на нормальные участки, так и на те, которые нужно исправить.

as well as the abnormal ones you want to fix.

Таким образом, мы снова пришли к проблеме

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

очень точного контроля.

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

Могли бы мы задавать импульсу точное место действия?

Когда я 11 лет назад начал заниматься нейробиологией,

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

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

у меня было образование электроинженера и физика,

the first thing I thought about was,

и первое, что мне пришло в голову,

if these neurons are electrical devices,

было то, что нейроны - это электроприборы,

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

и все, что нужно сделать, это

управлять этими приборами дистанционно.

at a distance.

Если бы мы могли дать разряд одной клетке,

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

не влияя на соседние,

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

у нас был бы способ активировать и подавлять разные клетки,

выяснить, как они участвуют в системе,

to figure out what they do

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

в которую они встроены.

Также это дало бы нам очень точный контроль,

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

чтобы исправить те расчеты "электросхемы",

to fix the circuit computations that have gone awry.

которые были нарушены.

Now, how are we going to do that?

Как же мы это сделаем?

Well, there are many molecules that exist in nature

В природе существует множество молекул,

которые могут преобразовывать свет в электричество.

which are able to convert light into electricity.

Можно представить их как молекулы белка,

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

которые похожи на фотоэлементы.

If we install these molecules in neurons somehow,

Если мы встроим эти молекулы в нейроны,

then these neurons would become electrically drivable with light,

этими нейронами можно будет управлять с помощью света.

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

А их соседи без встроенных молекул будут нетронуты.

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

Есть один фокус, который нужно проделать, чтобы это удалось -

нужно, чтобы свет мог проникнуть в мозг.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

Для этого - кстати, мозг не чувствует боли -

Taking advantage of all the effort

и, учитывая достижения,

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

применяемые для интернета, коммуникаций и так далее -

you can put optical fibers connected to lasers

можно поместить в мозг оптоволокно,

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

которое можно использовать, например, на животных

в преклинических исследованиях,

these neurons and see what they do.

активируя нейроны и наблюдая за ними.

Итак, как это работает?

So how do we do this?

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

Примерно в 2004 году

в сотрудничестве с Герхардом Нэйджелом и Карлом Дайссеротом

this vision came to fruition.

мы придумали, как воплотить эту идею.

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

Есть вид свободно плавающих морских водорослей,

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

которые ориентируются по свету,

чтобы оптимально фотосинтезировать.

And it senses light with a little eyespot,

Они улавливают свет небольшим глазком,

which works not unlike how our eye works.

который работает не так, как работает глаз.

In its membrane, or its boundary,

В его мембране или оболочке

it contains little proteins

есть белки,

которые преобразуют свет в электричество.

that indeed can convert light into electricity.

Эти белки называются каналродопсином.

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

И эти белки действуют как фотоэлементы, о которых я говорил.

that I told you about.

Когда светит синий свет, белок приоткрывается

When blue light hits it,

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

и позволяет частицам света проникнуть в глазок.

И таким образом глазок получает электрический сигнал

that allows this eyespot to have an electrical signal,

как солнечная батарея, которую заряжают фотоны.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

То есть нам нужно взять эти молекулы

и каким-то образом встроить их в нейроны.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

А поскольку это белок,

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

он зашифрован в ДНК этого организма.

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

То есть нужно взять этот ДНК,

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

создать на его основе вектор генной терапии наподобие вирусного,

and put it into neurons.

и доставить его в нейроны.

And this was a very productive time in gene therapy,

Это было продуктивное время в генной терапии,

and lots of viruses were coming along,

вирусы стали использовать для доставки генетического материала.

so this turned out to be fairly simple.

Наша задача оказалась легко выполнимой.

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

И одним ранним летним утром 2004 года

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

нам удалось реализовать это с первой попытки.

Берется этот ДНК и закладывается в нейрон.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

После этого нейрон средствами собственной строительной системы

to fabricate these little light-sensitive proteins

производит эти чувствительные к свету белки

и распределяет их по всей клетке,

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

наподобие солнечных батарей на крыше.

And the next thing you know,

И в результате этого

you have a neuron which can be activated with light.

получается нейрон, который можно активировать светом.

Очень эффективный метод.

So this is very powerful.

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

Одной из проблем было понять,

как доставить гены в нужные клетки

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

и избежать его попадания в соседние.

Это оказалось возможным. Можно "выстрелить" вирусом,

And you can do that;

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

так что он попадет в определенные клетки.

Есть и другие генетические хитрости для получения клеток,

And there's other genetic tricks you can play

которые активируются светом.

in order to get light-activated cells.

Эту методику называют сейчас оптогенетикой.

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

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

И в качестве примера ее возможностей:

можно взять целую сеть клеток

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

и использовать вирус, чтобы доставить ген

только в один вид клеток этой сплетенной сети.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

Затем, когда свет попадет на всю сеть,

just that cell type will be activated.

активируется только один тип клеток.

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

Например, рассмотрим корзинчатые нейроны, о которых я говорил ранее -

те, которые атрофируются при шизофрении,

the one that's atrophied in schizophrenia

они работают на подавление.

and the one that is inhibitory.

Если мы отправим этот ген в эти клетки,

If we can deliver that gene to these cells --

и влияние гена на нее не изменит ее кардинально -

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

а затем осветим всю систему клеток мозга,

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

то включатся только эти клетки.

Без света эти клетки вернутся в нормальное состояние,

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

то есть они к этому вполне расположены.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

С помощью этого можно не только изучать клетки

what their power is in computing in the brain,

и их участие в работе мозга,

но и понять,

you can also use this to try to figure out

удастся ли вернуть активность этих клеток,

if we could jazz up the activity of these cells

если они были атрофированы.

if indeed, they're atrophied.

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

Сейчас я расскажу вам о том,

как мы используем это

both at the scientific clinical and preclinical levels.

в научных, клинических и предклинических целях.

One of the questions that we've confronted is:

Мы решили выяснить,

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

какие сигналы в мозге передают ощущение поощрения.

Because if you could find those,

Потому что если найти их,

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

то их можно использовать, чтобы мотивировать обучение.

Мозг готов работать больше, если его поощряют.

the brain will do more of what got that reward.

Эти сигналы передаются искаженно, например, при зависимостях.

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

Поняв, какие клетки отвечают за эти сигналы,

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

можно обнаружить новые отделы,

чтобы лечить или блокировать их,

for which drugs can be designed or screened against

или найти, куда подключить электроды

or maybe places where electrodes could be put in

при особенно тяжелых нарушениях.

for people who have severe disability.

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

Чтобы это сделать, мы разработали простую схему

в сотрудничестве с компанией Фиорелла груп.

in collaboration with the Fiorillo group,

Если в одну половину этой коробки

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

попадает крыса, она получает вспышку света,

it gets a pulse of light.

и часть клеток ее мозга становится чувствительной к свету.

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

Если эти клетки отвечают за поощрение,

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

крыса будет приходить туда снова и снова.

Происходит следующее.

And that's what happens.

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

Животное идет в правую часть коробки и, едва сунув туда нос,

каждый раз получает вспышку синего света.

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

И оно будет делать это сотни раз.

He'll do that hundreds of times.

Это - дофаминовые нейроны,

These are the dopamine neurons,

они находятся в так называемых центрах удовольствия.

in some of the pleasure centers in the brain.

Как видно, легкой активации достаточно,

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

чтобы мотивировать.

Теперь обобщим эту мысль.

Now we can generalize the idea.

Вместо одной точки в мозге

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

можно создать приборы, охватывающие весь мозг

и доставляющие свет в трехмерные системы -

that can deliver light into three-dimensional patterns --

системы оптоволокна,

arrays of optical fibers,

каждая из которых подключена к отдельному источнику света.

each coupled to its own independent miniature light source.

Затем можно реализовать в живом организме то,

Then we can try to do things in vivo

что прежде было возможно только в лаборатории -

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

например, мощное сканирование всего мозга

для поиска сигналов, отвечающих за что-то конкретное.

for the signals that can cause certain things to happen

Или это может помочь определить цель

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

при лечении расстройств мозга.

Я хотел бы рассказать вам,

One story I want to tell you about is:

как это поможет при посттравматическом стрессовом расстройстве -

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

форме неконтролируемой тревоги и страха.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

Среди прочего

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

мы адаптировали классическую модель тревоги,

This goes back to the Pavlovian days.

которая использовалась еще академиком Павловым.

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

В данном случае это рефлекс страха,

он вырабатывается через звук, за которым следует удар током.

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

Удар не болезнен, но неприятен.

Позже животное - мышь в данном случае,

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

она прекрасно подходит для подобных экспериментов -

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

учится бояться звука.

the animal learns to fear the tone.

Животное будет впадать в оцепенение,

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

как олень, увидевший горящие фары.

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

Теперь надо выяснить, какие области мозга

that allow us to overcome this fear?

позволят преодолеть этот страх?

Для этого мы снова включаем звук -

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

тот, что рефлекторно вызывает страх.

Но мы активируем уже другие области мозга,

But we activate different targets in the brain,

используя оптоволокно с предыдущего слайда,

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

чтобы определить, какие области мозга

in order to try and figure out

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

помогут мозгу забыть об этом страхе.

Это небольшое видео

This brief video shows you one of these targets

покажет работу той области, с которой мы работаем.

that we're working on now.

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

Это - область в префронтальной коре,

она отвечает за способность преодолевать неприятные эмоции.

to try to overcome aversive emotional states.

Животное слышит звук - в этот момент вспыхивает свет.

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

Видео без звука, но вы видите, что животное замерло.

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

Этот звук вызывает у него страх.

the tone used to mean bad news.

В левом нижнем углу есть небольшие часы,

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

по ним видно, что животное в оцепенении уже 2 минуты.

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

Теперь можно увидеть,

This next clip is just eight minutes later.

что происходит через 8 минут.

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

Прозвучит тот же звук и снова будет вспышка света.

Вы как раз ее сейчас видите.

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

Теперь, через 10 минут после эксперимента, вы видите,

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

как мы повлияли на область мозга с помощью света,

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

чтобы убрать из памяти

to overcome the expression of this fear memory.

этот страх.

Последние пару лет мы исследовали линию эволюции жизни,

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

чтобы выяснить, как отключать отдельные области мозга.

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

Если научиться делать это, решится множество задач.

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

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

Если можно удалять клетки за несколько миллисекунд или секунд,

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

то можно выяснить их функцию

в той области, где они находятся.

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

Мы исследовали организмы на каждой ступени эволюции -

каждое царство - кроме животных, которое исследовалось иначе.

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

И мы нашли виды молекул, называемые халородопсины или археродопсины,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

они реагируют на зеленый и желтый свет.

that respond to green and yellow light.

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

Они работают наоборот, нежели молекулы, о которых говорилось выше,

каналродопсины, активируемые синим светом.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

Приведем пример, куда это может привести.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Рассмотрим эпилепсию,

where the brain is overactive.

при которой мозг гиперактивен.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

В то время как лекарства неэффективны,

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

другой стратегией будет удалить часть мозга.

Но это будет необратимо и повлечет побочные эффекты.

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

Если бы мы могли просто отключить эту часть мозга на время,

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

пока приступ не пройдет,

until the seizure dies away,

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

и затем вернуть мозг в прежнее состояние -

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

вроде динамической системы, которую возвращают в начальное состояние.

Видео иллюстрирует эту концепцию,

This animation tries to explain this concept

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

при которой мы заставляем клетки отключаться при вспышке света,

пускаем луч света,

and we beam light in,

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

чтобы, как мы надеемся, отключить клетки на время

приступа эпилепсии.

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

Мы пока не можем показать вам результаты,

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

но мы многого от них ожидаем.

but we're very excited about this.

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

Теперь я расскажу

еще об одной возможности,

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

которая заключается в том, что эти молекулы при точном контроле

могут быть использованы в мозге,

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

чтобы создавать новый вид протезирования - оптическое.

an optical prosthetic.

Я говорил, что электрические стимуляторы нередки.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

75 000 людей с болезнью Паркинсона имеют такие имплантанты.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

Около 100 000 человек имеют улитковые имплантанты,

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

позволяющие слышать.

Проблема в том, что эти гены нужно доставлять в клетки мозга.

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

В генной терапии появилась новая надежда -

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

потому что вирусы наподобие адено-ассоциированных,

которые есть, наверное, у большинства в этом зале,

which probably most of us around this room have;

не дают никаких симптомов.

it doesn't have any symptoms --

И они использовались на сотнях пациентов,

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

чтобы доставить гены в мозг или другие органы.

And so far, there have not been serious adverse events

Пока не было обнаружено никаких вредных последствий

от этого вируса.

associated with the virus.

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

Есть еще одна очевидная проблема - сами белки,

which come from algae, bacteria and funguses

происходящие от водорослей плесени,

and all over the tree of life.

и вообще отовсюду.

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

У большинства в мозгу нет плесени и водорослей,

так как мозг поведет себя, если мы их туда поместим?

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

Будет ли мозг к ним толерантен? Отреагирует ли иммунная система?

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

До сих пор не было проведено исследований на людях,

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

но мы исследуем множество случаев,

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

чтобы испытать этот метод.

И пока что у нас не было серьезных реакций

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

на эти молекулы

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

или на освещение мозга светом.

Если честно, это только начало, но мы ожидаем многого.

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

Я собирался рассказать

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

еще об одной возможности

для клинического использования.

Now, there are many forms of blindness

Существует несколько форм слепоты,

при которых зрительные рецепторы,

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

наши световые сенсоры на дне глаза, атрофируются.

are gone.

And the retina is a complex structure.

А сетчатка имеет, разумеется, сложную структуру.

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

Давайте рассмотрим ее ближе и в деталях.

Зрительные рецепторы находятся в самом верху,

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

сигналы, принимаемые этими рецепторами,

трансформируются множеством расчетов,

via various computations

пока нижний слой клеток - ганглиоциты -

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

не передадут информацию в мозг,

relay the information to the brain,

где мы ее и воспринимаем.

where we see that as perception.

При слепоте, в том числе при пигментной дистрофии сетчатки -

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

или макулярной дегенерации -

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

зрительные рецепторы атрофируются или разрушаются.

Now, how could you repair this?

Как это можно было бы решить?

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

Даже не ясно, мог бы медикамент вылечить это,

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

потому что его ни к чему нельзя привязать.

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

С другой стороны, свет по-прежнему попадает через глаз.

Глаз по-прежнему прозрачен и свет попадает внутрь.

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

Поэтому можно взять эти каналродорфины и другие молекулы

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

и установить их на других клетках,

and install them on some of these other spared cells

превратив их в маленькие видеокамеры.

and convert them into little cameras?

Поскольку в глазу очень много этих клеток,

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

потенциально это камеры с очень высоким разрешением.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

Этим мы и занимаемся.

This is some work that we're doing,

Этот проект ведет наш коллега,

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

Алан Хорсагер из университета Южной Калифорнии,

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

и его пытается сделать коммерческим компания Иос Ньюросаенс,

основанная институтом здравоохранения.

which is funded by the NIH.

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

На видео мышь пытается выбраться из лабиринта.

В лабиринте шесть ходов. Также в нем налита вода,

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

чтобы заставить мышь двигаться, иначе она бы просто сидела.

Цель лабиринта -

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

выбраться из воды на небольшую платформу

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

за верхним коридором.

Мышь сообразительна, поэтому в итоге находит выход,

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

but he does a brute-force search.

но она ищет его простым перебором.

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

Она заплывает в каждый коридор, пока не достигает платформы.

He's not using vision to do it.

Она не использует для этого зрение.

These different mice are different mutations

Эти мыши представляют разные мутации,

которые отображают разные виды человеческой слепоты.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

Мы изучаем эти модели с осторожностью,

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

чтобы суметь прийти к обобщению.

so we come up with a generalized approach.

Как это сделать?

So how can we solve this?

Мы сделаем то, что было описано на предыдущем слайде.

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

Мы возьмем сенсоры, реагирующие на синий свет,

We'll take these blue light photo sensors

и установим их в слое клеток

and install them onto a layer of cells

в центре сетчатки на задней стенке глаза

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

and convert them into a camera --

и превратим их в камеры.

just like installing solar cells all over those neurons

Так же, как фотоэлементы распределялись по нейронам,

чтобы сделать их светочувствительными.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

Свет превращается в них в электричество.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Эта мышь была слепой за несколько недель до эксперимента

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

и она получила дозу этих светочувствительных молекул с вирусом.

Теперь вы видите, что зверек не натыкается на стены,

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

выходит к платформе

and go to this little platform

и снова может использовать зрение.

and make cognitive use of its eyes again.

Нужно подчеркнуть,

And to point out the power of this:

что эти зверьки добирались до платформы

these animals can get to that platform

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

так же быстро, как и те, которые всегда были зрячими.

Эти преклинические исследования

So this preclinical study, I think, bodes hope

дают надежду на то,

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

что можно воплотить в будущем.

В заключение я хотел бы отдельно заметить,

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

что также исследуем новые бизнес-модели для нейротехнологии.

Мы разрабатываем эти приборы,

We're developing tools and sharing them freely

но мы бесплатно распространяем их по всему миру,

with hundreds of groups all over the world

так что люди могут работать с ними и пытаться лечить нарушения.

for them to study and try to treat different disorders.

Наша надежда в том, что, найдя отделы мозга

Our hope is that by figuring out brain circuits

в теории, что позволит нам лечить и модифицировать их,

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

мы сможем устранить уже упомянутые расстройства мозга,

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

которые не поддаются лечению,

practically none of which are cured,

и в 21 веке оставить их в прошлом.

and in the 21st century, make them history.

Спасибо.

Thank you.

(Applause)

(Аплодисменты)

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

Хуан Энрикес: Кое-что было немного непонятно.

(Laughter)

(Смех)

Но умозаключения

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

о возможности контроля над приступами эпилепсии

with light instead of drugs

с помощью света вместо лекарств

and being able to target those specifically

и о возможности целенаправленно лечить только их

is a first step.

это первый шаг.

The second thing that I think I heard you say

Второе, что я понял из вашей речи,

is you can now control the brain in two colors,

было то, что мозгом можно управлять наподобие электричества.

Через включение и выключение.

like an on-off switch.

Эд Бойден: Верно.

Ed Boyden: That's right.

ХЭ: То есть все импульсы в мозге становятся бинарным кодом.

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

ЭБ: Да, верно.

EB: Right.

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

Синим светом можно направлять информацию, он аналогичен фазе.

А выключение клеток аналогично нулю.

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

То есть мы надеемся создать мозговые компрессоры,

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

которые будут работать с мозгом,

и мы сможем вернуть утраченные функции мозга с нарушениями.

so we can augment functions in people with disabilities.

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

ХЭ: И в теории это означает,

что то, как мышь чувствует,

нюхает, слышит,

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

вы можете представить в виде ряда единиц и нулей.

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

ЭБ: Конечно. Мы надеемся использовать это как способ проверки,

какие нейронные коды могут направлять поведение,

what neural codes can drive certain behaviors

мысли и определенные чувства

and certain thoughts and certain feelings

и использовать это, чтобы лучше изучить мозг.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

ХЭ: Значит ли это, что когда-нибудь вы сможете скопировать воспоминания

and maybe upload them?

или, возможно, записать в мозг новые?

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

ЭБ: Над этим мы начали интенсивно работать.

Сейчас мы пытаемся

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

научиться помещать в мозг записывающие устройства.

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

То есть мы можем сохранять информацию из мозга и отправлять ее обратно -

sort of computing what the brain needs

определяя потребности мозга,

in order to augment its information processing.

чтобы усовершенствовать его способность обрабатывать информацию.

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

ХЭ: Что же, это могло бы кое-что изменить. Спасибо. (ЭБ: Спасибо).

EB: Thank you.

(Аплодисменты)

(Applause)