Carl Schoonover: How to look inside the brain

Translator: Zuzana Bartova Reviewer: Igor Lalík

This is a thousand-year-old drawing of the brain.

Toto je tisíc rokov stará kresba mozgu.

It's a diagram of the visual system.

Je to nákres zrakového ústrojenstva.

And some things look very familiar today.

Niektoré veci vyzerajú veľmi povedome.

Two eyes at the bottom, optic nerve flowing out from the back.

Dole vidíme dve oči, potom je tu zrakový nerv, ktorý sa vinie zo zadu.

There's a very large nose

Potom tu máme veľmi veľký nos,

that doesn't seem to be connected to anything in particular.

ktorý akoby ani nebol k ničomu pripojený.

And if we compare this

A ak nákres porovnáme

to more recent representations of the visual system,

so súčasnejšími zobrazeniami zrakového ústrojenstva

you'll see that things have gotten substantially more complicated

zistíme, že za uplynulých tisíc rokov

over the intervening thousand years.

sa veci značne skomplikovali.

And that's because today we can see what's inside of the brain,

A to vďaka tomu, že dnes dokážeme vidieť, čo je vo vnútri mozgu,

rather than just looking at its overall shape.

než ako len pozorovať jeho celkový tvar.

Imagine you wanted to understand how a computer works

Predstavte si, že by ste chceli pochopiť,ako funguje počítač.

and all you could see was a keyboard, a mouse, a screen.

Videli by ste len klávesnicu, myš a monitor.

You really would be kind of out of luck.

To by ste asi veľmi neuspeli.

You want to be able to open it up, crack it open,

Chceli by ste dokázať ten počítač otvoriť, rozmontovať

look at the wiring inside.

a pozrieť sa na káble.

And up until a little more than a century ago,

A ešte pred sto rokmi,

nobody was able to do that with the brain.

nikto nič také s mozgom nedokázal.

Nobody had had a glimpse of the brain's wiring.

Nikto ani len netušil, aké sú jeho vnútorné spoje.

And that's because if you take a brain out of the skull

A to preto, že ak mozog vyberiete z lebky,

and you cut a thin slice of it,

odrežete z neho malý kúsok

put it under even a very powerful microscope,

a dáte ho hoc aj pod veľmi silný mikroskop,

there's nothing there.

neuvidíte nič.

It's gray, formless.

Je šedý, neforemný.

There's no structure. It won't tell you anything.

Nemá štruktúru, nič vám to nenapovie.

And this all changed in the late 19th century.

Všetko sa to zmenilo ku koncu 19. storočia.

Suddenly, new chemical stains for brain tissue were developed

Zrazu sa podarilo vyvinúť nové chemické farbivá pre mozgové tkanivo,

and they gave us our first glimpses at brain wiring.

ktoré nám ponúkli prvé náhľady na vnútorné mozgové prepojenia.

The computer was cracked open.

Podarilo sa nám rozmontovať počítač.

So what really launched modern neuroscience

Takže to, čo v skutočnosti odštartovalo moderné neurovedy

was a stain called the Golgi stain.

bolo takzvané Golgiho farbivo,

And it works in a very particular way.

ktoré funguje veľmi špecifickým spôsobom.

Instead of staining all of the cells inside of a tissue,

Namiesto zafarbenia všetkých buniek v tkanive,

it somehow only stains about one percent of them.

zafarbí iba asi jedno percento z nich.

It clears the forest, reveals the trees inside.

Rozjasní celý les a odhalí jednotlivé stromy v ňom.

If everything had been labeled, nothing would have been visible.

Ak by sa zafarbili všetky bunky, nič by sme nevideli.

So somehow it shows what's there.

Takto nejako nám ukáže, čo je vo vnútri.

Spanish neuroanatomist Santiago Ramon y Cajal,

Španielsky neuroanatóm Santiago Ramon y Cajal,

who's widely considered the father of modern neuroscience,

všeobecne považovaný za otca modernej neurovedy,

applied this Golgi stain, which yields data which looks like this,

použil Golgiho farbivo a získal údaje podobné týmto.

and really gave us the modern notion of the nerve cell, the neuron.

Poskytol nám moderný pohľad na nervovú bunku - neurón.

And if you're thinking of the brain as a computer,

Ak rozmýšľate o mozgu ako o počítači,

this is the transistor.

neurón je tranzistor.

And very quickly Cajal realized

Cajal si veľmi rýchlo uvedomil,

that neurons don't operate alone,

že neuróny nepracujú samy,

but rather make connections with others

ale radšej sa spájajú s inými neurónmi,

that form circuits just like in a computer.

ktoré potom tvoria podobné obvody ako v počítači.

Today, a century later, when researchers want to visualize neurons,

Dnes, o storočie neskôr, keď sa vedci snažia vizualizovať neuróny,

they light them up from the inside rather than darkening them.

namiesto ich stmavenia ich zvnútra osvetlia.

And there's several ways of doing this.

Dá sa to urobiť rôznymi spôsobmi.

But one of the most popular ones

Jeden z najpopulárnejších je pomocou

involves green fluorescent protein.

zeleného fluorescenčného proteínu.

Now green fluorescent protein,

Tento zelený fluorescenčný proteín,

which oddly enough comes from a bioluminescent jellyfish,

ktorý prekvapivo pochádza z bioluminiscentnej medúzy,

is very useful.

je veľmi užitočný.

Because if you can get the gene for green fluorescent protein

Pretože ak dokážete vybrať gén pre zelený fluorescenčný proteín

and deliver it to a cell,

a preniesť ho do bunky,

that cell will glow green --

táto bunka bude svietiť na zeleno...

or any of the many variants now of green fluorescent protein,

v prípade iného variantu zeleného fluorescenčného proteínu

you get a cell to glow many different colors.

bude bunka svietiť rôznymi farbami.

And so coming back to the brain,

Takže, keď sa vrátime späť k mozgu,

this is from a genetically engineered mouse called "Brainbow."

toto je z geneticky upravenej myši nazvanej "Brainbow" (Brain: mozog, rainbow: dúha).

And it's so called, of course,

A nazýva sa to tak samozrejme preto,

because all of these neurons are glowing different colors.

že všetky neuróny svietia inou farbou.

Now sometimes neuroscientists need to identify

Neurovedci občas potrebujú určiť

individual molecular components of neurons, molecules,

jednotlivé molekulárne zložky neurónov, iba molekuly

rather than the entire cell.

namiesto celej bunky.

And there's several ways of doing this,

Dá sa to urobiť rôznymi spôsobmi,

but one of the most popular ones

ale jeden z najpopulárnejších

involves using antibodies.

zahŕňa použitie protilátok.

And you're familiar, of course,

Ako určite viete,

with antibodies as the henchmen of the immune system.

protilátky sú sluhami imunitného systému.

But it turns out that they're so useful to the immune system

Ale vysvitlo, že také užitočné pre imunitný systém sú

because they can recognize specific molecules,

práve preto, že dokážu rozoznať jednotlivé molekuly,

like, for example, the coat protein

ako napríklad kód proteínu

of a virus that's invading the body.

vírusu napádajúceho telo.

And researchers have used this fact

Vedci použili tento poznatok

in order to recognize specific molecules inside of the brain,

na rozoznávanie jednotlivých molekúl vo vnútri mozgu,

recognize specific substructures of the cell

jednotlivých podštruktúr buniek

and identify them individually.

a na ich individuálne rozlíšenie.

And a lot of the images I've been showing you here are very beautiful,

Veľa obrázkov, ktoré som vám tu ukazoval, je veľmi krásnych,

but they're also very powerful.

ale majú aj veľkú moc.

They have great explanatory power.

Majú obrovskú vysvetľujúcu hodnotu.

This, for example, is an antibody staining

Toto, napríklad, je protilátka zafarbujúca

against serotonin transporters in a slice of mouse brain.

serotonínové prenášače v kúsku myšieho mozgu.

And you've heard of serotonin, of course,

O serotoníne ste samozrejme počuli

in the context of diseases like depression and anxiety.

v kontexte s chorobami ako je depresia a úzkosť.

You've heard of SSRIs,

Počuli ste o SSRI (typ antidepresív),

which are drugs that are used to treat these diseases.

čo sú lieky, ktoré sa používajú na ich liečbu.

And in order to understand how serotonin works,

A aby sme pochopili, ako serotonín funguje,

it's critical to understand where the serontonin machinery is.

je zásadné pochopiť, kde sa nachádza serotonínový mechanizmus.

And antibody stainings like this one

Protilátkové zafarbenia, ako toto,

can be used to understand that sort of question.

nám môžu pomôcť pochopiť podobné otázky.

I'd like to leave you with the following thought:

Rád by som vás opustil s nasledujúcou myšlienkou:

Green fluorescent protein and antibodies

Zelené fluorescenčné proteíny a protilátky

are both totally natural products at the get-go.

sú plne prírodné produkty, čo sa týka dostupnosti.

They were evolved by nature

Vytvorila ich príroda,

in order to get a jellyfish to glow green for whatever reason,

aby medúza mohla, z hocijakého dôvodu, svietiť na zeleno

or in order to detect the coat protein of an invading virus, for example.

alebo aby pomohli rozoznať kód proteínu napádajúceho vírusu.

And only much later did scientists come onto the scene

Až omnoho neskôr prišli vedci

and say, "Hey, these are tools,

a povedali: "Hej, toto sú nástroje,

these are functions that we could use

pomôcky, ktoré môžeme použiť

in our own research tool palette."

v našej vlastnej palete výskumných nástrojov."

And instead of applying feeble human minds

A namiesto toho, aby použili chabú ľudskú myseľ,

to designing these tools from scratch,

aby navrhla takéto nástroje od nuly,

there were these ready-made solutions right out there in nature

mali po ruke už hotové riešenia dostupné priamo v prírode,

developed and refined steadily for millions of years

vyvíjané a precízne vybrusované milióny rokov

by the greatest engineer of all.

tým najlepším inžinierom na svete.

Thank you.

Ďakujem.

(Applause)

(Potlesk)