Ed Boyden: A light switch for neurons

Översättare: Anna Larsson Granskare: Lisbeth Pekkari

Think about your day for a second.

Fundera lite på din dag.

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

Du vaknade, kände frisk luft mot ditt ansikte när du gick ut,

encountered new colleagues and had great discussions

mötte nya kollegor som du diskuterade med

och blev upplyft när du upptäckte något nytt.

and felt in awe when you found something new.

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

Men jag lovar att det är nåt du inte tänkte på,

något som ligger så nära

something so close to home,

att du troligen inte tänker på det ofta.

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

Och det är att alla upplevelser, känslor,

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

val och handlingar

are mediated by the computer in your head

förmedlas av datorn i ditt huvud

som kallas hjärnan.

called your brain.

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

Hjärnan kanske inte ser märkvärdig ut från utsidan

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

några kilon rosa-grått kött,

amorphous.

oformligt,

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

men det senaste seklets neurovetenskap

har låtit oss zooma in på hjärnan

and to see the intricacy of what lies within.

och se detaljerna som finns inuti

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

och de har sagt oss att hjärnan

är en otroligt komplicerad krets,

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

uppbyggd av hundratals miljarder celler som kallas neuroner.

Now, unlike a human-designed computer,

Till skillnad från en mänskligt designad dator

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

som består av ett litet antal olika delar

som vi vet hur de funkar, för vi människor designade dem,

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

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

består hjärnan av tusentals olika typer av celler,

kanske tiotusentals.

maybe tens of thousands.

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

De har olika form, består av olika molekyler,

de ansluter till olika regioner i hjärnan

they project and connect to different brain regions.

och de ändrar sina beteenden i olika sjukdomstillstånd.

They also change in different ways in different disease states.

För att vara konkret:

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Det finns en klass celler,

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

en ganska liten, inhiberande cell, som tystar sina grannar.

Det är en av cellerna som förtvinar vid sjukdomar som schizofreni.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

Den kallas för korgcell.

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

Och denna cell är en av de tusentals cellsorter

vi lär oss om.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

Nya upptäcks varje dag.

As just a second example:

Ett andra exempel:

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

dessa stora pyramidceller,

som kan sträcka sig långt i hjärnan.

of the brain.

De är excitatoriska.

They're excitatory.

Och dessa är några av cellerna

And these are some of the cells that might be overactive

som kan vara överaktiva i sjukdomar som epilepsi.

in disorders such as epilepsy.

Every one of these cells is an incredible electrical device.

Alla dessa celler

är otroliga elektriska anordningar.

They receive inputs from thousands of upstream partners

De får indata från tusentals partners

and compute their own electrical outputs,

och beräknar sina egna elektriska utdata

which then, if they pass a certain threshold,

vilka, om de går över en viss gräns,

fortsätter till tusentals partners längre ner

will go to thousands of downstream partners.

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

och denna process, som tar en millisekund eller så,

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

sker tusentals gånger varje minut

i alla dina 100 miljarder celler

as long as you live and think and feel.

så länge du lever

och tänker och känner.

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

Hur ska vi lista ut vad denna krets gör?

Ideally, we could go through this circuit

Helst skulle vi gå igenom kretsen,

slå av och på de olika cellerna

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

och se om vi kan ta reda på

which ones contribute to certain functions

vilka som bidrar till olika funktioner

and which ones go wrong in certain pathologies.

och vilka som gör fel i olika patologier.

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

Kan vi aktivera celler så kan vi se vilka krafter de har,

what they can initiate and sustain.

vad de kan hålla igång.

Om vi kan stänga av dem,

If we could turn them off,

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

skulle vi kunna lista ut vad de är viktiga för.

Och det är det jag kommer berätta om idag.

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

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

Det vi gått igenom de senaste 11 åren,

i försök att hitta sätt

through an attempt to find ways

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

att slå av och på kretsar

och celler och delar i hjärnan

on and off,

både för att förstå vetenskapen

both to understand the science

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

och för att möta de problem

som påverkar alla oss människor.

Now, before I tell you about the technology,

Innan jag berättar om teknologin,

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

är de dåliga nyheterna att en stor del av oss i detta rum

om vi lever tillräckligt länge,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

kommer stöta på en hjärnsjukdom.

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

En miljard personer har redan

haft någon typ av hjärnsjukdom

som handlingsförlamar dem

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

och siffrorna gör inte detta rättvisa.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Dessa sjukdomar, schizofreni, Alzheimers,

depression, addiction --

depression, beroende,

they not only steal away our time to live,

de stjäl inte bara vår tid att leva, de ändrar vilka vi är.

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

De tar vår identitet och ändrar våra känslor,

and change who we are as people.

och förändrar vilka vi är som personer.

Now, in the 20th century,

På 1900-talet,

there was some hope that was generated

steg ett hopp

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

tack vare utvecklingen av läkemedel för behandling av hjärnsjukdomar,

And while many drugs have been developed

och trots att många läkemedel utvecklats

that can alleviate symptoms of brain disorders,

som mildrar symptomen

practically none of them can be considered to be cured.

kan i praktiken ingen av sjukdomarna bli botad.

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

En anledning till det är att vi badar hjärnan i kemikalien.

we're bathing the brain in a chemical --

Denna komplicerade krets

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

av tusentals olika typer av celler

dränks i en substans.

is being bathed in a substance.

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

Det är kanske därför de flesta av läkemedlen på marknaden

can present some kind of serious side effect too.

också ger någon typ av allvarlig biverkning.

En del personer hjälps genom

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

elektriska stimulatorer som implanteras i hjärnan.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

och för Parkinsons,

har cochleaimplantat,

These have indeed been able to bring some kind of remedy

verkligen kunnat

ge någon sorts mildring

to people with certain kinds of disorders.

till personer med vissa sorters sjukdom.

But electricity also will go in all directions --

Men elektricitet går i alla riktningar

the path of least resistance --

längs minsta motståndets väg

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

vilket är var det uttrycket kommer från.

and will also affect normal circuits,

Det kommer också påverka normala kretsar utöver de abnorma som du vill fixa.

as well as the abnormal ones you want to fix.

Så vi kommer tillbaka till tanken

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

om ultraprecis kontroll.

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

Kan vi skicka in information precis dit vi vill?

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

När jag började med neurovetenskap för 11 år sedan

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

hade jag jobbat som elektrisk ingenjör och fysiker

the first thing I thought about was,

och det första jag tänkte var

if these neurons are electrical devices,

om dessa neuroner är elektriska anordningar

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

behöver vi bara hitta ett sätt

att göra de elektriska ändringarna på håll

at a distance.

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

Om vi kan starta elektriciteten i en cell, men inte dess grannar,

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

har vi ett verktyg för att aktivera och stänga ner olika celler,

lista ut vad de gör och hur de bidrar

to figure out what they do

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

till de nätverk de befinner sig i.

Det ger oss också den extrema precision vi behöver

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

för att lösa de beräkningar i kretsen

to fix the circuit computations that have gone awry.

som gått fel.

Now, how are we going to do that?

Hur gör vi detta?

Well, there are many molecules that exist in nature

Det finns många molekyler i naturen,

som kan omvandla ljus till elektricitet.

which are able to convert light into electricity.

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

Tänk på dem som små proteiner

som beter sig som solceller.

If we install these molecules in neurons somehow,

Om vi kan installera dessa molekyler i neuronerna,

then these neurons would become electrically drivable with light,

så kan deras elektricitet drivas med ljus.

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

och deras grannar, som inte har molekylen, är som vanligt.

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

Det behövs ett trick till för att detta ska ske

the ability to get light into the brain.

och det är hur man får in ljus i hjärnan.

The brain doesn't feel pain.

Och för att göra det - hjärnan känner inte smärta - kan man

Taking advantage of all the effort

utnyttja allt arbete

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

som lagts ner på internet och kommunikationer -

you can put optical fibers connected to lasers

optiska fibrer kopplade till lasrar

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

som du kan använda till att aktivera, i djur till exempel,

innan kliniska studier,

these neurons and see what they do.

dessa neuroner och se vad de gör.

Så hur gör vi detta?

So how do we do this?

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

Runt 2004,

i ett samarbete med Gerhard Nagel och Karl Deisseroth,

this vision came to fruition.

förverkligades denna vision.

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

Det finns en alg som lever i naturen,

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

och den letar sig mot ljus

för att ha effektivast fotosyntes.

And it senses light with a little eyespot,

Och den känner ljus med en liten ögonfläck,

which works not unlike how our eye works.

som funkar nästan som våra ögon.

In its membrane, or its boundary,

I dess membran, eller gräns,

it contains little proteins

har den små proteiner

som kan omvandla ljus till elektricitet.

that indeed can convert light into electricity.

These molecules are called channelrhodopsins.

Dessa molekyler kallas kanalrodopsiner.

And each of these proteins acts just like that solar cell

Och varje protein beter sig precis som solcellerna jag nämnde.

that I told you about.

When blue light hits it,

När blått ljus träffar det, öppnas ett litet hål

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

som låter laddade partiklar åka in i ögonfläcken

och ger ögonfläcken en elektrisk signal

that allows this eyespot to have an electrical signal,

just like a solar cell charging a battery.

som en solcell som laddar ett batteri.

So what we need to do is take these molecules

Vi behöver ta dessa molekyler

och installera dem i neuroner.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

Eftersom det är ett protein

finns det inkodat i DNA:t hos denna organismen.

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

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

Vi kan ta det DNA:t,

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

flytta det till en genterapivektor, som ett virus,

and put it into neurons.

och ge det till neuronerna.

And this was a very productive time in gene therapy,

Det var en väldigt produktiv tid för genterapin

and lots of viruses were coming along,

och massor med virus uppfanns.

so this turned out to be fairly simple.

Så detta var enkelt att genomföra

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

och en tidig morgon sommaren 2004

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

testade vi, och det funkade på första försöket.

You take this DNA and put it into the neuron.

Du tar DNA:t och sätter det i en neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

Neuronen använder sitt naturliga maskineri för att bygga proteiner

to fabricate these little light-sensitive proteins

för att skapa dessa ljuskänsliga proteiner

och installera dem över hela cellen, som att installera solceller på ett tak

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

And the next thing you know,

och därefter

har du en neuron som kan aktiveras med ljus.

you have a neuron which can be activated with light.

So this is very powerful.

Detta är väldigt kraftfullt.

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

Ett av tricken är att lista ut

hur generna levereras till cellerna du vill

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

och inte alla grannar.

och det går; du kan finjustera virusen

And you can do that;

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

så de träffar vissa celler men inte andra

och det finns andra genetiska trick

And there's other genetic tricks you can play

in order to get light-activated cells.

för att skapa ljusaktiverade celler.

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

Detta fält kallas nu optogenetik.

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

Som exempel på vad du kan göra

kan du ta ett komplext nätverk,

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

använda ett virus för att leverera genen

till en typ av cell i det täta nätverket.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

När du sedan belyser hela nätverket

just that cell type will be activated.

kommer bara den typen att aktiveras.

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

Som exempel, ta korgcellerna jag pratade om tidigare-

de som förtvinade i schizofreni,

the one that's atrophied in schizophrenia

och som är inhiberande.

and the one that is inhibitory.

If we can deliver that gene to these cells --

Om vi kan leverera genen till dessa celler

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

och de inte ändras av insättningen av genen,

then flash blue light over the entire brain network,

så kommer blixtar av blått ljus inuti hela hjärnan,

just these cells are going to be driven.

att aktivera bara dessa celler.

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

När ljuset släcks blir cellerna som vanligt igen

there don't seem to be adverse events.

och har inte påverkats negativt.

Not only can you study what these cells do,

Utöver att studera vad dessa celler gör,

what their power is in computing in the brain,

vad deras styrka är i hjärnan,

kan man också försöka lista ut

you can also use this to try to figure out

om vi kan skruva upp aktiviteten på cellerna

if we could jazz up the activity of these cells

om de faktiskt är förtvinade.

if indeed, they're atrophied.

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

Jag vill berätta några korta historier

om hur vi använder detta

both at the scientific clinical and preclinical levels.

både på vetenskaplig, klinisk och preklinisk nivå.

One of the questions that we've confronted is:

En av frågorna vi ställde var,

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

vilka är signalerna som ger belöningskänsla i hjärnan?

Because if you could find those,

För om du kan hitta dessa är de

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

några av signalerna som driver inlärning.

Hjärnan vill göra mer av det som gav belöningen.

the brain will do more of what got that reward.

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

Dessa signaler är inblandade i sjukdomar som beroende.

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

Om vi kan hitta vilka celler som gör detta kanske vi kan hitta nya mål

som nya läkemedel kan designas och testas mot,

for which drugs can be designed or screened against

eller platser där elektroder kan sättas in

or maybe places where electrodes could be put in

för personer med allvarliga nedsättningar.

for people who have severe disability.

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

Vi kom på en väldigt enkel idé

in collaboration with the Fiorillo group,

i samarbete med Fiorellagruppen,

där en sida av en liten låda,

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

om djuret sätts där, får det en ljuspuls

it gets a pulse of light.

för att göra olika celler i hjärnan ljuskänsliga.

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

Om dessa celler kan förmedla belöning

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

kommer djuret gå dit oftare och oftare.

And that's what happens.

Och det är det som händer.

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

Djuret går till höger och sätter nosen där,

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

och får en ljuspuls varje gång.

Och han gör det hundratals gånger.

He'll do that hundreds of times.

These are the dopamine neurons,

Dessa är dopaminneuroner,

in some of the pleasure centers in the brain.

i njutningscentra av hjärnan.

Vi har visat att kort aktivering av dessa

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

är tillräckligt för att gynna lärande.

Now we can generalize the idea.

Nu kan vi generalisera denna idé.

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

Istället för en punkt i hjärnan kan vi ha anordningar som täcker hjärnan,

som kan leverera ljus i tredimensionella mönster,

that can deliver light into three-dimensional patterns --

arrays of optical fibers,

samlingar med optiska fibrer

var och en kopplad till en egen liten ljuskälla.

each coupled to its own independent miniature light source.

Then we can try to do things in vivo

Och sen kan vi göra saker in vivo

that have only been done to date in a dish,

som tidigare bara gjorts i provskålar,

like high-throughput screening throughout the entire brain

som storskalig testning av hela hjärnan

efter signalerna som orsakar vissa saker

for the signals that can cause certain things to happen

eller som kan vara bra kliniska mål

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

för att behandla hjärnsjukdomar.

En historia som jag vill berätta är om hur

One story I want to tell you about is:

vi kan hitta mål för att behandla posttraumatiskt stressyndrom-

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

en sorts okontrollerad oro och rädsla.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

Och en sak vi gjorde var

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

att använda en klassisk modell av rädsla.

This goes back to the Pavlovian days.

Detta kommer ända från Pavlovs dagar.

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

Det kallas Pavlovs rädslebetingning -

där ett ljud slutar med en elchock.

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

Elchocken gör inte ont men är irriterande.

Och över tid - här har vi en mus,

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

en bra djurmodell som används i liknande försök-

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

lär sig djuret att vara rädd för ljudet.

the animal learns to fear the tone.

Djuret reagerar genom att stelna,

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

som ett rådjur i strålkastare.

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

Frågan är, vilka mål i hjärnan kan vi hitta

that allow us to overcome this fear?

som låter oss komma över rädslan?

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

Vi spelar ljudtonen igen

efter den blivit förknippad med rädsla

But we activate different targets in the brain,

men vi aktiverar olika mål i hjärnan

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

med hjälp av den optiska fibern jag berättade om tidigare

för att lista ut vilka mål

in order to try and figure out

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

som kan hjälpa hjärnan komma över minnet av rädslan.

Denna korta video

This brief video shows you one of these targets

visar ett av dessa mål som vi jobbar med nu.

that we're working on now.

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

Här testas ett område i prefrontalkortex,

en region där kognition kan övervinna motbjudande känslor.

to try to overcome aversive emotional states.

Djuret kommer höra ljudet, och se ljusblixten.

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

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

Ljudet saknas, men ni ser hur djuret stelnar.

Tonen brukade innebära dåliga nyheter.

the tone used to mean bad news.

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

Nere i hörnet finns en klocka

som visar att djuret är ca 2 min in i detta.

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

Och nu nästa klipp

This next clip is just eight minutes later.

som sker endast 8 min senare.

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

Samma ljud låter, och ljuset kommer blixtra igen.

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

Okej, där sker det. Precis nu.

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

Och nu kan ni se, 10 min in i experimentet,

att vi har utrustat hjärnan genom att fotoaktivera detta område

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

för att övervinna uttrycket

to overcome the expression of this fear memory.

av minnet av rädslan.

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

De senaste åren, har vi gått tillbaka till livsträdet

för vi ville hitta sätt att stänga av kretsar i hjärnan.

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

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

Om vi kan göra det vore det extremt kraftfullt.

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

Att radera celler i ett par millisekunder eller sekunder

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

låter oss lista ut vilka uppgifter de har

i kretsarna de finner sig i.

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

Vi har undersökt organismer från hela livsträdet -

och vi ser alla riken utom djurriket på olika sätt.

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

Vi hittade olika sorters molekyler, olika rodopsiner,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

som reagerar på grönt och gult ljus.

that respond to green and yellow light.

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

De gör tvärtemot de molekyler jag nämnde tidigare,

kanalrodopsin, som aktiverades med blått ljus.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

Låt oss ta ett exempel på vad vi tror kommer hända.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Ta exempelvis epilepsi,

where the brain is overactive.

där hjärnan är överaktiv.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Om läkemedelsbehandling misslyckas,

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

är en lösning att ta bort en del av hjärnan.

Det är permanent och det kan ge bieffekter.

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

Tänk om vi kunde stänga av den delen en kort stund,

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

tills anfallet försvinner,

until the seizure dies away,

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

och sedan återställa hjärnan till ursprungsläget,

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

som ett dynamiskt system som fås ner till ett stabilt tillstånd.

This animation tries to explain this concept

Denna animation förklarar detta konceptet

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

där cellerna kan stängas av med ljus.

Så vi skickar in ljus,

and we beam light in,

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

och under tiden det tar att stänga ner ett anfall

hoppas vi stänga av cellerna.

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

Vi har ingen data att visa,

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

men vi är väldigt exalterade över det.

but we're very excited about this.

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

Jag vill avsluta med en berättelse som vi tror

kan vara ytterligare en möjlighet -

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

att dessa molekyler, om de kontrolleras exakt,

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

kan användas i hjärnan

som en ny typ av protes, en optisk protes.

an optical prosthetic.

Jag berättade att elektriska stimulatorer är vanliga.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

Seventy-five thousand people

75 000 personer med Parkinsons har sådana implantat.

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

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

Runt 100 000 personer har cochleaimplantat

som ger dem hörsel.

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

Problemet är hur generna hamnar i cellerna.

A new hope in gene therapy has been developed,

Hoppet finns att genterapin utvecklas

because viruses like the adeno-associated virus --

med hjälp av virus som adenoviruset,

which probably most of us around this room have;

som de flesta här inne har,

men inte ger några symptom,

it doesn't have any symptoms --

och har använts på hundratals patienter

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

för att leverera gener till hjärna eller kropp.

And so far, there have not been serious adverse events

Än så länge har inga allvarliga biverkningar

kunnat kopplas till viruset.

associated with the virus.

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

Sista elefanten i rummet, proteinerna själva,

which come from algae, bacteria and funguses

som kommer från alger och bakterier och svamp

and all over the tree of life.

och från hela livsträdet.

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

De flesta har inte svamp eller alger i hjärnan,

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

vad gör hjärnan om vi sätter in dem?

Kommer cellerna eller immunsystemet reagera?

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

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

Än har inte försök gjorts på människor,

men vi jobbar med olika studier

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

för att undersöka detta

och än har vi inte sett allvarliga reaktioner

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

mot dessa molekyler

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

eller mot belysningen av hjärnan.

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

Så det är tidigt, men vi är exalterade.

I wanted to close with one story,

Jag vill sluta med en berättelse,

which we think could potentially be a clinical application.

som vi tror möjligen

kan vara en klinisk tillämpning.

Now, there are many forms of blindness

Det finns många sorters blindhet

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

där fotoreceptorerna,

våra ljussensorer som sitter bak i ögat, är borta.

are gone.

And the retina is a complex structure.

Och näthinnan har komplex uppbyggnad.

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

Vi zoomar in så vi ser mer detaljer.

The photoreceptor cells are shown here at the top.

Cellerna med fotoreceptorer syns högst upp,

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

och signalen som detekteras av receptorerna

görs om på olika sätt

via various computations

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

tills ett lager med celler längst ner, ganglionceller,

skickar informationen till hjärnan,

relay the information to the brain,

där vi uppfattar det.

where we see that as perception.

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

I många sorters blindhet, som retinitis pigmentosa,

or macular degeneration,

eller förändringar i gula fläcken,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

har fotoreceptorerna förtvinat eller förstörts.

Now, how could you repair this?

Hur kan detta repareras?

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

Det är inte säkert att ett läkemedel kan laga detta,

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

då det inte finns något för det att binda till.

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

Å andra sidan kan ljus fortfarande nå ögat.

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

Ögat är genomskinligt och ljus kommer in.

Om vi bara kunde ta kanalrodopsin och andra molekyler

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

och installera i en del av de andra cellerna

and install them on some of these other spared cells

and convert them into little cameras?

för att göra om dem till små kameror.

Eftersom det finns så många celler i ögat

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

kan de eventuellt ge en bild med hög upplösning.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

This is some work that we're doing,

Detta är en del av vad vi gör.

Det drivs av en av våra samarbetare,

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

Alan Horsager från USC,

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

och kan bli kommersiellt via företaget Eos Neuroscience,

som drivs av NIH.

which is funded by the NIH.

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

Här är en mus som försöker klara en labyrint.

Det är en 6-armad labyrint med vatten i,

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

så att musen ska röra sig, annars sitter han still.

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

Målet med labyrinten är att

komma bort från vattnet till en plattform

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

som finns under porten i toppen.

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

Möss är smarta, så han löser det till slut,

but he does a brute-force search.

men han kämpar hårt.

Han simmar längs varje del tills han når målet.

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

He's not using vision to do it.

Han använder inte synen för det.

These different mice are different mutations

Mössen har olika mutationer

som motsvarar olika sorters blindhet som påverkar människor.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

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

Vi vill noggrant kolla på dessa olika modeller

för att hitta ett generellt tillvägagångssätt.

so we come up with a generalized approach.

So how can we solve this?

Hur ska vi göra detta?

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

Genom att göra som vi sa tidigare.

We'll take these blue light photo sensors

Ta fotoreceptorer som svarar på blått ljus

and install them onto a layer of cells

och installera i ett cellskikt

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

mitt i näthinnan bak i ögat

and convert them into a camera --

och omvandla dem till kameror-

just like installing solar cells all over those neurons

precis som att montera solceller på neuronerna

för att göra dem ljuskänsliga.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

Ljus omvandlas till elektricitet på dem.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Denna mus var blind ett par veckor innan experimentet

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

och fick en dos ljuskänsliga molekyler från ett virus.

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

Som ni ser, djuret undviker väggarna

and go to this little platform

och går till plattformen

genom att använda sina ögon.

and make cognitive use of its eyes again.

And to point out the power of this:

För att visa styrkan i metoden:

these animals can get to that platform

dessa djur hittar plattformen lika snabbt

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

som djur som haft syn i hela sina liv.

So this preclinical study, I think, bodes hope

Denna prekliniska studie,

ger hopp för de saker

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

vi hoppas kunna göra i framtiden.

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

Till slut vill jag påpeka att vi också utforskar

nya affärsmodeller för detta fält.

Vi utvecklar verktyg, men vi delar dem fritt

We're developing tools and sharing them freely

med hundratals grupper över världen,

with hundreds of groups all over the world

så olika sjukdomar kan studeras och behandlas.

for them to study and try to treat different disorders.

Our hope is that by figuring out brain circuits

Vårt hopp är att lista ut hjärnans kretsar

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

på en nivå som låter oss reparera och designa dem,

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

för att kunna ta de envisa sjukdomar jag berättade om tidigare,

practically none of which are cured,

ingen av dem har botats än,

and in the 21st century, make them history.

och göra dem till historia detta århundrade.

Thank you.

Tack.

(Applause)

(Applåder)

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

Juan Enriquez: En del saker är lite djupa.

(Laughter)

(Skratt)

Men vad det innebär

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

att kunna kontrollera anfall eller epilepsi,

with light instead of drugs

med ljus istället för läkemedel,

and being able to target those specifically

och kunna sikta så specifikt

is a first step.

är ett steg i rätt riktning.

The second thing that I think I heard you say

Det andra jag hörde var att

is you can now control the brain in two colors,

ni nu kan kontrollera hjärnan i två färger

like an on-off switch.

som en på/av knapp.

Ed Boyden: That's right.

Ed Boyden: Det stämmer.

JE: Vilket gör alla impulser genom hjärnan till binär kod.

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

EB: Right.

EB: Precis så, ja.

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

Med blått ljus kan vi driva information, i form av en etta.

Och genom att stänga ner saker, blir det en nolla.

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

Vi hoppas att eventuellt kunna bygga

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

hjälpprocessorer som jobbar med hjärnan

för att stärka funktioner hos personer med handikapp

so we can augment functions in people with disabilities.

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

JE: Och i teorin, innebär det,

att det en mus känner, luktar,

hör, rör,

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

kan ni skriva ut som en rad ettor och nollor.

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

EB: Visst. Vi hoppas använda det som ett test

för vilka koder som driver vissa beteenden,

what neural codes can drive certain behaviors

vissa tankar och känslor,

and certain thoughts and certain feelings

och använda det för att förstå mer om hjärnan.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

JE: Betyder det att vi en dag kan ladda ner minnen

and maybe upload them?

och kanske ladda upp dem?

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

EB: Vi jobbar på det.

Vi försöker att lägga in delar

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

som kan spela in i hjärnan.

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

Så vi kan spela in och sen skicka tillbaka information

sort of computing what the brain needs

och beräkna vad hjärnan behöver

in order to augment its information processing.

för att kunna förstärka dess process.

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

JE: Det kan ändra saker. Tack. EB: Tack.

EB: Thank you.

(Applåder)

(Applause)