Ed Boyden: A light switch for neurons

Ed Boyden: Nöronlar için bir elektrik anahtarı

Çeviri: ŞEYDANUR TIKIR Gözden geçirme: Meric Aydonat

Bir dakikalığına bugününüzü bir gözden geçirin.

Think about your day for a second.

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

Kalktınız, kapıdan dışarı çıkarken ferah bir esinti vurdu yüzünüze,

encountered new colleagues and had great discussions

yeni meslektaşlar edindiniz ve güzel tartışmalarda bulundunuz,

ve yeni bir şey öğrendiğinizde dehşetli bir hayranlık hissettiniz.

and felt in awe when you found something new.

Ama bahse girerim bugün hakkında düşünmediğiniz bir şey var--

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

size çok içten gelen bir yakınlıkta

something so close to home,

muhtemelen sık sık düşünmediğiniz bir şey.

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

Bu, bütün hislerinizin,

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

kararlarınızın, hareketlerinizin

kafanızdaki bilgisayar aracılığyla yönetildiği şeyin

are mediated by the computer in your head

ismi beyindir.

called your brain.

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

Beyin dışarıdan göründüğü haline fazla benzemeyebilir --

pembemsi-gri bir çift et parçası

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

biçimsiz--

amorphous.

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

fakat son yüzyıllların nörolojisi

beyne yakından bakabilmemizi

and to see the intricacy of what lies within.

ve içinde yatan karmaşıklığı gözlemleyebilmemizi sağladı.

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

Ve beynin inanılmaz derecede

karmaşık bir devre olduğunu

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

yüz milyarlarca nöron denilen hücrelerden oluştuğunu anlattılar.

Now, unlike a human-designed computer,

Bir insan tarafından dizayn edilmiş,

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

çok az sayıda farklı parçaların olduğu bir bilgisayarın aksine--

bunların işleyişini biliriz çünkü onları biz tasarladık--

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

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

beyin binlerce çeşit hücreden meydana gelir

belki on binlerce.

maybe tens of thousands.

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

Farklı şekillere girerler; farklı moleküllerden oluşmuşlardır;

ve beynin farklı yerlerine bağlanarak görev alırlar.

they project and connect to different brain regions.

Ve aynı zamanda, geçirilen hastalığa göre farklı davranırlar.

They also change in different ways in different disease states.

Bunu biraz somutlaştıralım.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Bir hücre sınıfı var,

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

orta derece büyüklükte, komşularını durgunlaştıran indirgeyici bir hücre.

Bu, şizofrenide olduğu gibi çökertilmiş hücrelerden biri gibi.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

Bu hücrenin ismi basket hücresi.

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

Ve bu hücre keşfetmekte olduğumuz

binlerce hücreden bir tanesi.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

Her geçen gün yeni hücreler keşfediliyor.

İkinci bir örnek olarak:

As just a second example:

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

piramit hücreleri var, büyük hücreler,

beynin ciddi bir büyüklükteki kısmını kaplayabiliyorlar.

of the brain.

Harekete geçirici nitelikteler.

They're excitatory.

Ve bunlar sara gibi hastalıklarda

And these are some of the cells that might be overactive

fazlasıyla aktif olabilen hücrelerden.

in disorders such as epilepsy.

Bu hücrelerden her biri

Every one of these cells is an incredible electrical device.

inanılmaz bir elektrik aleti.

They receive inputs from thousands of upstream partners

Yukarı akım eşlerinden girdi alarak

kendi elektriksel çıktılarını hesaplıyorlar ve sonra

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

eğer belli bir eşiği geçerlerse

binlerce aşağı akım eşlerine gidiyorlar.

will go to thousands of downstream partners.

Ve bu süreç yalnızca bir milisaniyede oluyor,

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

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

veya bir dakikada binlerce defa

100 milyar hücrenizin her birinde,

as long as you live and think and feel.

yaşadığınız, düşündüğünüz,

ve hissettiğiniz sürece.

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

Peki bu devrenin ne yaptığını nasıl bulacağız?

İdeal durumda, devrenin içine girebiliriz

Ideally, we could go through this circuit

ve bu farklı hücreleri devre dışı bırakıp sonra tekrar devreye sokarak

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

hangilerinin önemli fonksiyonlara sahip olduğunu,

which ones contribute to certain functions

ve hangilerinin önemli hastalıklarda

and which ones go wrong in certain pathologies.

rol oynadığını çıkarabiliriz.

Eğer aktif hücreler yapabilsedik, nasıl bir güce sahip olduklarını,

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

neyi başlatıp neyi devam ettirdiklerini görebilirdik.

what they can initiate and sustain.

Eğer onların işleyişini durdurabilseydik,

If we could turn them off,

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

onların ne için gerekli olduklarını bulmaya çalışabilirdik.

Ve bugün size anlatacağım hikaye budur.

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

Ve dürüstçe söylemek gerekirse, 11 yıldır bu işteyiz,

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

beynin devrelerini, hücrelerini, parçalarını ve yolaklarını

through an attempt to find ways

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

açıp kapayabilmek için

yeni yollar bulma peşindeyiz;

on and off,

hem bilimi anlamak için

both to understand the science

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

hem de insanlığın sorunlarıyla

yüzleşebilmek için.

Now, before I tell you about the technology,

Şimdi, teknolojiyi anlatmaya başlamadan önce,

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

kötü haber şu ki, bu odadan büyük bir kısmımız,

eğer ömrümüz yeterse,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

bir beyin rahatsızlığıyla karşılaşacağız belki.

Şimdiden, bir milyar insan

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

yeteneklerinin önüne geçen çeşitli

beyin hastalıklarıyla karşı karşıya.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

Ama yine de bu sayı tam olarak kendini göstermiyor.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Bu hastalıklar -- şizofreni, alzaymır,

depresyon, bağımlılık --

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

vaktimizi çalmıyorlar, onlar bizi değiştiriyorlar;

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

kimliğimizi ele geçirip duygularımızı değiştiriyorlar --

and change who we are as people.

ve insan olarak kim olduğumuzu değiştiriyorlar.

Now, in the 20th century,

Bugün 20. yüzyılda,

beyin hastalıklarını düzeltmek adına kurulan

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

bir eczacılık gelişimine umut bağlanmıştı.

Ve beyin hastalıklarının belirtilerini azaltan

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

yeni bir çok ilaç bulunurken,

pratikte bu hastalıklardan hiç birinin tedavi edildiği düşünülemez.

practically none of them can be considered to be cured.

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

Bunun bir nedeni de beyne kimyasal banyosu yaptırıyor olmamız.

we're bathing the brain in a chemical --

Bu karmaşık devre

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

binlerce farklı türde hücrenin

bir madde içinde yıkandığını gösteriyor.

is being bathed in a substance.

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

Bu hepsi olmasa da piyasadaki ilaçların büyük çoğunluğunun

neden ciddi türde yan etkiler gösterdiğinin de sebebi.

can present some kind of serious side effect too.

Bugün bazı insanlar beyne yerleştirilen

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

elektrikli uyarıcılarla huzur buluyorlar.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

Ve parkinson hastalığı için,

Koklear implantlar,

These have indeed been able to bring some kind of remedy

birçok çeşitli hastalıktaki

insanlara gerçekten de

to people with certain kinds of disorders.

çare olabiliyorlar.

But electricity also will go in all directions --

Fakat elektrik de, aynı şekilde, her yöne gidecek --

the path of least resistance --

en dirençsiz olan yola da,

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

bu terim bir parça da buradan geliyor.

and will also affect normal circuits,

Ve aynı zamanda, onarmak istediğiniz anormal devrelerin yanında normal olanları da etkileyecek.

as well as the abnormal ones you want to fix.

Ve yeniden, oldukça mükemmel kontrol

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

fikrimize geri döndürülüyoruz.

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

Bilgiyi tam olarak gitmesini istediğimiz yere yönlendirebilir miyiz?

11 yıll önce nöroloji bilimiyle ilgilenmeye başladığımda,

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

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

bir elektrik mühendisi ve fizikçi olarak yetişmiştim,

the first thing I thought about was,

ve bunun hakkında düşündüğüm ilk şey şuydu,

if these neurons are electrical devices,

eğer nöronlar bir takım elektrik devreleriyse,

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

tek ihtiyacımız olan şey, elektrik değişimlerini

belli bir genişliğe yayan bir yol bulmak.

at a distance.

Eğer bir hücrede elektriği açabilirsek,

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

-komşu hücrelere dokunmadan-

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

bu bize farklı hücreleri aktifleştirip kapatabilmek için,

bu hücrelerin ne yaptıklarını ve içinde bulundukları ağlara nasıl

to figure out what they do

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

katkı sağladıklarını bulabilmek için bize lazım olan aracı elde etmiş oluruz.

Ve aynı zamanda bu, yanlış yöne giden devre hesaplamalarını

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

sabitlememiz için gerekli olan mükemmel kontrole

to fix the circuit computations that have gone awry.

sahip olmamızı sağlayabilir.

Now, how are we going to do that?

Peki bunu nasıl yapacağız?

Well, there are many molecules that exist in nature

Doğada ışığı elektriğe çevirebilen

birçok molekül var.

which are able to convert light into electricity.

Bunları solar hüceleri gibi

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

küçük proteinler olarak düşünebilirsiniz.

If we install these molecules in neurons somehow,

Eğer bu molekülleri bir şekilde nöronlara programlayabilirsek,

then these neurons would become electrically drivable with light,

bu nöronlar ışık altında elektrikle işler hale gelebilirler.

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

Ve komşu hücreleri, bu moleküllere sahip olmadığı için gelmezler.

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

Bütün bunları yapabilmenizin ve bu ışığı beyne alabilmenizin

bir güzel püf noktası daha var.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

Ve bunu yapabilmek için --

Taking advantage of all the effort

internet ve iletişimler için harcanan eforlar sayesinde

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

beyin siz acıyı koymadıkça acı hissetmez --

you can put optical fibers connected to lasers

bu nöronları aktifleştirmede kullanabileceğiniz,

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

mesela hayvan modelleri ve ön klinik çalışmalarda kullanılabilen,

lazerlere bağlı optik fiberler koyabilirsiniz,

these neurons and see what they do.

ve bu sayede nöronların ne yaptığını görebilirsiniz.

Öyleyse bunu nasıl yapacağız?

So how do we do this?

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

2004 yılı civarlarında

Gerhard Nagel ve Karl Deisseroth ile yapılan işbirliğiyle

this vision came to fruition.

bu öngörü meyve verdi.

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

Rüzgarda yüzen bir tür alg var,

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

verimli şekilde fotosentez yapabilmek için

ışığa karşı gidip gelmesi gerekiyor.

And it senses light with a little eyespot,

Ve gözlerimiz gibi işlemeyen küçük bir

which works not unlike how our eye works.

göz beneği sayesinde ışığı algılıyor.

In its membrane, or its boundary,

Bu zarda veya sınırlarında,

it contains little proteins

ışığı gerçekten elektriğe çevirebilen

küçük proteinler bulunuyor.

that indeed can convert light into electricity.

Bu yüzden bu moleküller channelrhodopsin olarak isimlendiriliyorlar.

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

Ve bunların her bir molekülü anlattığım solar hücreler gibi davranıyor.

that I told you about.

Mavi hücre ona isabet ettiğinde, küçük bir delik açılıyor

When blue light hits it,

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

ve yüklü parçaların göz beneğine girmesini sağlıyor.

Ve bu göz beneğinin, tıpkı bataryayı şarj eden bir güneş hücresi gibi

that allows this eyespot to have an electrical signal,

bir elektrik sinyaline sahip olmasını sağlıyor.

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

Bu noktada bizim yapmamız gereken şey,

bu molekülleri alarak nöronlara çevirmek.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

Bu bir protein olduğundan

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

organizmanın DNA'sında kodlanıyor.

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

Bu yüzden bu DNA'yı alıp, virüs gibi bir

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

gen terapi vektörüne koyarak,

and put it into neurons.

nöronlara yerleştirmek zorundayız.

And this was a very productive time in gene therapy,

Bunlar üretken bir gen terapi zamanında olduğumuzun bir göstergesi,

and lots of viruses were coming along,

ve bir çok virüs meydana getiriliyor.

so this turned out to be fairly simple.

Bu artık yapılması çok kolay bir hale geldi.

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

2004 yazının erken bir sabahında

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

biz bunu denedik, ve ilk deneyişimizde işledi.

Bu DNA'yı alıyorsunuz ve bir nörona koyuyorsunuz.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

Bu nöron doğal protein yapma mekanizmasını kullanarak

to fabricate these little light-sensitive proteins

ışığa duyarlı proteinleri işletiyor

ve çatıya güneş paneli koyar gibi

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

onları hücrenin her tarafına yerleştiriyor.

And the next thing you know,

Ve bildiğiniz bir sonraki şey,

you have a neuron which can be activated with light.

ışıkla aktifleşebilen bir nörona sahip olduğunuz.

Bu gerçekten çok güçlü bir şey.

So this is very powerful.

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

Yapmanız gereken bir önemli şey de,

komşularına dokunmadan bu genleri istediğiniz hücrelere

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

nasıl çevireceğinizi bulmak.

Bunu yapabilirsiniz; virüslerde ufak bir değişiklik yapabilirsiniz ve

And you can do that;

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

onlar bu sayede yalnızca hedef hücrelere isabet edebilirler.

Işıkla aktifleşen hücreler elde edebilmek için

And there's other genetic tricks you can play

kurnazca oynayabileceğiniz başka genetik yollar da var.

in order to get light-activated cells.

Bu alan, optogenetik olarak biliniyor.

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

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

Ve yapabileceklerinize yalnızca bir misal olarak,

karmaşık bir ağ alabilirsiniz,

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

bu virüslerden birini kullanarak, onu

bu yoğun ağdaki yalnızca bir hücre tipine iletebilirsiniz.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

Sonra ağa ışık yansıtısınız,

just that cell type will be activated.

ve yalnızca o hücre aktifleşecektir.

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

Mesela, daha önce anlattığım basket hücresini düşünelim --

şizofrenide çökertilmiş ve

the one that's atrophied in schizophrenia

indirgeyici olan bir hücre.

and the one that is inhibitory.

Eğer geni bu hücrelere iletebilirsek --

If we can deliver that gene to these cells --

tabi ki de bunlar genin ekspresyonuyla değişmeyecekler--

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

beyin ağına mavi ışığı yansıtılacak,

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

ve yalnızca bu hücreler işlenecek.

Ve ışıkları kapattığımızda, bu hücreler normale dönecek,

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

bu yüzden hücreler bu olaya karşı isteksiz görünmüyorlar.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

Bu çalışmayı yalnızca bu hücrelerin yaptığı şeyde ve

what their power is in computing in the brain,

onların beyinde hesaplanan gücünde değil,

başka şeylerde de kullabilirsiniz--

you can also use this to try to figure out

bu hücreler eğer gerçekten çökertilmiş hücrelerse

if we could jazz up the activity of these cells

belki bunların aktifliğini kullanarak buna biraz daha ruh katabilirdik.

if indeed, they're atrophied.

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

Bilimsel, klinik ve ön klinik düzeylerde

bunu nasıl kullandığımız hakkında

both at the scientific clinical and preclinical levels.

size iki kısa hikaye anlatmak istiyorum şimdi.

One of the questions that we've confronted is:

Karşılaştığımız sorulardan bir tanesi şu,

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

beyinde ödül duygusunu oluşturan sinyaller nelerdir?

Because if you could find those,

Çünkü eğer bunu bulursanız,

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

bunlar öğrenmeyi sağlayan sinyallerden bazıları olabilir.

Beyin, ödülü işleten şeyi kullanarak daha fazlasını yapabilir.

the brain will do more of what got that reward.

Ve aynı zamanda bunlar, bağımlılık gibi rahatsızlıklarda bozulan sinyallerdir.

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

Eğer hücrelerin ne olduğunu bulabilirsek,

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

belki ilaçların savaşacağı yeni düşmanlar tayin ederek

yeni ilaçlar dizayn edebiliriz,

for which drugs can be designed or screened against

veya ciddi özürleri olan insanlar için

or maybe places where electrodes could be put in

elektrotları koyacak yeni yerler bulabiliriz.

for people who have severe disability.

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

Bunu yapabilmek için, Fiorella grubuyla işbirliği içerisinde

çok basit bir paradigma sunuyoruz,

in collaboration with the Fiorillo group,

eğer hayvan bu kutuya giderse

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

bir yüzeyinden ışık sinyali alıyor,

it gets a pulse of light.

beyindeki farklı hücreleri ışığa duyarlı hale getirebilmek için.

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

Eğer hücreler ödülü oluşturabilirse,

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

hayvan oraya tekrar ve tekrar gitmelidir.

Ve işte olup biten şey bu.

And that's what happens.

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

Hayvanın sağ el tarafına gidişi ve oraya burnunu sokması

ve bunu her yaptığında bir mavi ışık flaşı alması.

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

Ve bunu yüzlerce ve yüzlerce defa yapacak.

He'll do that hundreds of times.

Bunlar dopamin sinir hücreleridir,

These are the dopamine neurons,

bazılarınız beyin merkezlerinde bu isimle karşılaşmış olabilirsiniz.

in some of the pleasure centers in the brain.

Biz, bunun kısa bir aktifliğinin,

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

öğrenmeyi oluşturmak için gerçekten yeterli olduğunu ispatladık.

Şimdi bu fikri genelleyebiliriz.

Now we can generalize the idea.

Beyindeki bir nokta yerine,

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

ışığı üç boyutlu düzene ulaştırabilen

ve beyne yayan icatlar tasarlayabliriz --

that can deliver light into three-dimensional patterns --

her biri kendi minyatür ışık kaynağıyla eşleşen

arrays of optical fibers,

optik fiber dizileri--

each coupled to its own independent miniature light source.

Ve sonra bunları in vivoda deneyebiliriz

Then we can try to do things in vivo

bugüne kadar tek çatı altında yapılan tek deneme --

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

beyinde belli şeylerin olmasına yol açabilen sinyaller için

bütün beyin boyunca yapılan yüksek verimli eleme gibi.

for the signals that can cause certain things to happen

Veya bu hücreler beyin hastalıklarınının tedavisinde

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

iyi bir hedef hücre olarak kullanılabilirler.

Ve anlatmak istediğim bir hikaye de

One story I want to tell you about is:

travma sonrası stres bozukluklarını tedavide nasıl yeni hedefler bulabileceğimiz--

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

kontrol edilemeyen bir endişe ve korku biçimi.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

Ve yaptığımız şeylerden biri

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

korkunun klasik bir modelini benimsemekti.

This goes back to the Pavlovian days.

Bu Pavlovcu günlere geri dönüş.

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

İsmi, Pavlovcu korku durumu--

tonun kısa bir şokla bittiği yer.

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

Bu çok acı verici değil fakat sinir bozucu nitelikte.

Ve zamanla hayvan -- bu durumda

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

deneylerde sıklıkla kullanılan ve iyi bir hayvan modeli olan fare --

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

tondan korkmayı öğrenir.

the animal learns to fear the tone.

Hayvan donarak tepki verecektir,

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

farların önündeki bir geyik gibi.

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

Bu noktada soru şu, beyinde bu korkuyla başa çıkmamızı

that allow us to overcome this fear?

sağlayacak hedefi nasıl bulabiliriz?

Ve yaptığımız şey ton korkuyla birleştikten sonra

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

yeniden tonla oynamak.

Hangi hedef hücrelerin beynin bu korku hafızasının

But we activate different targets in the brain,

üstesinden gelmesini sağlayacağını denemek ve tahmin etmek için

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

daha önce anlattığım optik fiber düzenini kullanarak

in order to try and figure out

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

beyindeki farklı hedefleri aktifleştirebiliriz.

Ve bu kısa video

This brief video shows you one of these targets

şu an üzerinde çalıştığımız bu hedeflerin birini gösteriyor.

that we're working on now.

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

Bu beynin frontal lobu önünde bulunan korteksteki bir alan,

ve itici duygusal durumlarla başa çıkabilmede kafa yorabileceğimiz bir alan.

to try to overcome aversive emotional states.

Hayvanın bir tonu duymak için gidişi-- ve orada oluşan flaş ışığı.

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

Ses yok fakat hayvanın donuşunu görebilirsiniz.

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

Bu ton önceden kötü haberlerin belirtisiydi.

the tone used to mean bad news.

Ve aşağıda sol el köşesindeki küçük saat sayesinde

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

hayvanın 2 dakika civarlarında olduğunu görebilirsiniz.

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

Ve şimdi sonraki klip

This next clip is just eight minutes later.

sadece 8 dakika sonrası.

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

Ve aynı ton oynuyor, yine flaş patlayacak.

Tamam, şimdi geliyor.

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

Ve şu an görebilirsiniz, deneyin yalnızca 10. dakikasında,

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

bu korku hafızası ifadesinin üstesinden gelebilmek için

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

bu alanı ışıkla aktifleştirerek

to overcome the expression of this fear memory.

beyni donattık.

Ve son 2 yıldan fazla bir zaman önce yaşam ağacına geri döndük,

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

çünkü beyindeki devreleri kapatmanın yollarını bulmaya çalışıyoruz.

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

Eğer bunu yapabilseydik, bu büyük bir güç unsuru olurdu.

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

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

Eğer hücreleri birkaç milisaniye veya saniye içerisinde silebilirseniz,

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

içinde bulundukları devrede

hangi önemli rolleri oynadıklarını bulabilirsiniz.

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

Ve şimdi hayat ağacının her tarafından organizmalar araştırmaktayız --

hayvanlar dışındaki her canlı aleminde biraz farklılıklar gözlüyoruz.

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

Yeşil ve sarı ışığa karşılık veren bütün molekül çeşitlerini bulduk,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

halorhodopsin veya archaerhodopsin olarak isimlendiriliyorlar.

that respond to green and yellow light.

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

Ve daha önce bahsettiğim mavi ışık etkinleştiricisi olan

channelrhodopsin molekülü ile zıt şeyleri yapıyorlar.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

Şimdi bunun nereye gittiğini düşündüğümüze dair bir örnek verelim.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Mesela epilepsi gibi beynin fazla aktif

where the brain is overactive.

olduğu bir durum düşünün.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Eğer ilaçlar epilepsiyi tedavide başarısız olursa

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

bu stratejilerden bir tanesi beyinden kaldırılacaktır.

Fakat bunun geri döndürülemez olduğu açık, ve yan etkileri olabilir.

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

Peki ya beyni çok kısa bir zaman içerisinde etkisizleştirebilirsek,

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

felç durumu kaybolana kadar,

until the seizure dies away,

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

ve beynin ilk haline geri dönmesini sağlayabilirsek --

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

sabit duruma ikna edilen bir çeşit dinamik sistem gibi.

Bu yüzden bu animasyon yalnızca şu kavramı açıklamaya çalışıyor

This animation tries to explain this concept

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

hücreleri ışığın kapanmasına karşı duyarlı hale getirdik

ve ışığı yoğunlaştırdık,

and we beam light in,

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

ve nöbeti durdurabilmek için yalnızca bir an gerekli,

onu durdurabilmeyi umut ediyoruz.

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

Bu sahada elimizde size gösterebilecek bilgiler yok,

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

fakat bu konuda için çok heyecanlıyız.

but we're very excited about this.

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

Şimdi bir hikayeyle kapatmak istiyorum,

düşündüğümüz başka bir ihtimal ise --

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

eğer mükemmel kontrolü sağlayabilirseniz belki bu moleküller

beynin kendi içinde,

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

yeni bir çeşit protez yapımında kullanılabilirler, bir optik protez.

an optical prosthetic.

Size zaten elektrik uyarıcıların çok yaygın olmadığını söylemiştim.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

75,000 insan Parkinson derin-beyin stimülasyonlarına sahipler.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

Belki 100,000 insan duymalarını

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

koklear implantlara borçlular.

Bir şey daha var, hücrelere bu genleri almak zorunda olduğunuz.

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

Gen terapisinde yeni bir umut gelişmekte

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

çünkü muhtemelen bu odada bir çoğumuzun da sahip olduğu

Adeno Assosiye Viruslere benzeyen virüsler

which probably most of us around this room have;

beyne ya da vücuda genleri iletebilmek için

it doesn't have any symptoms --

yüzlerce hastalık için kullanıldılar,

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

ve hiçbir belirtileri yok.

And so far, there have not been serious adverse events

Ve şimdiye dek bu virüsle bağlantılı

ciddi kötü olaylarla karşılaşılmadı.

associated with the virus.

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

Odada es geçilen son bir gerçek daha var,

which come from algae, bacteria and funguses

alg, bakteri ve mantarlardan gelen ve

and all over the tree of life.

hayat ağacının her tarafında bulunan proteinlerin kendileri.

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

Birçoğumuzun beyninde mantar veya algler yok,

o halde bunları beyne koyarsak beyin ne yapar?

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

Hücreler bunu hoş görüyle karşılar mı? Bağışıklık sistemi tepki gösterir mi?

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

İlk günlerde -- henüz insanlar üzerinde denenmedi--

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

bunu denemek ve anlamak için

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

çeşitli çalışmalarda bulunduk.

Ve şimdiye kadar açık olarak bu moleküllere ya da

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

beynin ışıkla aydınlatılmasına karşı

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

herhangi bir güçlüğe dayalı aleni reaksiyonlar görmedik.

Evet, bunlar daha ilk günler, fakat meraklı ve heyecanlıyız.

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

Bunu potansiyel olarak

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

klinik bir uygulama olabileceğini düşündüğümüz

bir hikayeyle kapatmak istiyorum.

Now, there are many forms of blindness

Körlüğün çok çeşitleri var,

bunlarda gözümüzün arkasındaki ışık algılayıcıları

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

olan fotoreseptörler yitiriliyor.

are gone.

And the retina is a complex structure.

Ve tabi ki retina karmaşık bir yapı.

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

Şimdi ona yaklaşalım ve daha detaylı görelim.

Fotoreseptör hücreleri burada yukarıda görünüyor,

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

ve sonra fotoreseptörlerle algılanan sinyaller

sonunda aşağıdaki bu hücre tabakası olan ganglion hücreleri,

via various computations

bilgiyi beyine iletinceye kadar,

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

ki biz bunu burada algı olarak görüyoruz,

relay the information to the brain,

farklı hesaplamalarla değişiyorlar.

where we see that as perception.

Körlüğün retinis pigmentosa veya

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

moleküler dejenarasyon gibi bir çok çeşidinde,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

fotoreseptör hücreler çökermiş veya yıpranmıştır.

Now, how could you repair this?

O halde bunu nasıl tamir ederiz?

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

Bir ilacın buna sebebiyet verebileceği konusu henüz net değil,

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

çünkü ilacın bağlanabileceği bir şey yok.

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

Diğer yandan, ışık hala göze girebiilyor.

Işık hala geçirgen ve onu içeri alabiliyorsunuz.

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

Peki ya yalnızca bu channelrhodopsin ve diğer molekülleri alabilirsek

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

ve onları diğer boş hücrelerin bir kısmı üzerine yerleştirip

and install them on some of these other spared cells

onları küçük kameralara çevirebilirsek?

and convert them into little cameras?

Ve gözde bu hücrelerden çok fazla sayıda olduğu için,

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

potansiyel olarak yüksek çözünürlükte kameralar olacaklardır.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

Bu bizim çalışmalarımız arasında yer alıyor.

This is some work that we're doing,

İş ortaklarımızdan biri olan USC'den Alan Horsager

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

tarafından başlatıldı ve

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

Eos Neuroscience adında bir kuruluş tarafından ticarete dökülüyor,

NIH taradından finanse ediliyor.

which is funded by the NIH.

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

Ve burada gördüğünüz şey bir farenin labirenti çözmeye çalışması.

Bu 6 kollu bir labirent. Ve farenin hareketini canladırmak için

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

içinde biraz su var, değilse olduğu yerde otururdu yalnızca.

Ve tabi ki labirentteki hedefi

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

sudan çıkıp bu ışık kalesinin altındaki

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

küçük bir bölgeye gitmek.

Fare zeki ve nihayetinde labirenti çözüyor,

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

but he does a brute-force search.

ama çıkış yolunu kendini yırtarcasına arıyor.

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

Düz zemini buluncaya kadar karşısına çıkan her yoldan aşağı doğru yüzüyor.

He's not using vision to do it.

Bunu yapmak için görme yetisini kullanmıyor.

These different mice are different mutations

Bu farklı fareler insanları etkileyen farklı türdeki

körlükleri tanımlayan çeşitli mutasyonlar.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

Ve bu farklı modellere bakmaya çalışırken çok dikkatli olmaya çalışıyoruz,

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

böylelikle daha geniş bir yaklaşım ileri sürüyoruz.

so we come up with a generalized approach.

Peki bunu nasıl çözeceğiz?

So how can we solve this?

Yapacağımız şey, tam olarak bir önceki slaytta altını çizdiğimiz şey.

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

Bu mavi ışıklı fotosensörleri alarak

We'll take these blue light photo sensors

hücrenin bir tabakasına yerleştireceğiz,

and install them onto a layer of cells

gözün arkasındaki retinanın ortasına

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

and convert them into a camera --

ve onları bir kameraya çevireceğiz.

just like installing solar cells all over those neurons

Tıpkı bu nöronları ışığa duyarlı hale getirmek için

onların her tarafındaki solar hücreleri yerleştirdiğimiz gibi.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

Işık onlar üzerinde elektriğe dönüşüyor.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Bu fare deneyden 2 hafta önce kördü

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

ve bir virüsteki ışığa duyarlı molekülden bir doz aldı.

Ve şimdi hayvanın duvarlara çarpmaktan sakınabildiğini

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

ve bu küçük platforma gittiğini

and go to this little platform

ve gözlerini bilinçli olarak tekrardan nasıl kullandığını görebilirsiniz.

and make cognitive use of its eyes again.

Bu güç şuna işaret ediyor:

And to point out the power of this:

bu hayvanlar hayatları boyunca gördükleri hayvanlar kadar

these animals can get to that platform

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

hızlı bir şekilde platforma ulaşmayı başarabiliyorlar.

Bu ön klinik çalışma, bence,

So this preclinical study, I think, bodes hope

gelecekte başarmak istediğimiz türdeki

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

umutlara işaret ediyor.

Son olarak, nöroteknolojinin bu yeni alanı için

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

yeni iş modelleri keşfediyor olduğumuzu da belirtmek istiyorum.

Bu araçları geliştiriyoruz,

We're developing tools and sharing them freely

fakat onları dünyanın her tarafından yüzlerce grupla ücretsiz olarak paylaşıyoruz,

with hundreds of groups all over the world

böylece insanlar farklı hastalıkları tedavi etmeye çalışabiliyorlar.

for them to study and try to treat different disorders.

Ve umudumuz o ki, beyin devrelerini onları yeniden planlayıp

Our hope is that by figuring out brain circuits

düzenleyebilecek kadar çözerek, daha önce bahsettiğim

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

inatçı hastalıkların bazılarını ele alabiliriz,

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

ve pratikte hiç birinin tedavi edilemediği bu hastalıkları

practically none of which are cured,

21. yüzyılda bunları tarih yapabiliriz.

and in the 21st century, make them history.

Teşekkür ederim.

Thank you.

(Applause)

(Alkışlar)

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

Juan Enriquez: Evet bazı şeyler biraz zor anlaşılır.

(Laughter)

(Kahkahalar)

Ama bütün bunlar

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

ilaç yerine ışık yoluyla epilepsi ya da felçlerin

with light instead of drugs

kontrol altına alınabileceğini gösteriyor

and being able to target those specifically

ve belirli bir şekilde bunları hedefleyebilmek

is a first step.

ilk adım.

The second thing that I think I heard you say

Söylediğinizi duyduğumu düşündüğüm ikinci şey

is you can now control the brain in two colors,

beyni şu an 2 renkle kontrol edebiliyor olmanız.

Bir açma/kapama anahtarı gibi.

like an on-off switch.

Ed Boyden: Bu doğru.

Ed Boyden: That's right.

JE: Beyne giden her uyarıyı ikili bir koda dönüştüren bir anahtar.

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

EB: Doğru, evet.

EB: Right.

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

Yani mavi ışık ile bilgileri yürütebiliyoruz, ve bu bir 1 kodu.

Ve yumuşatılmasıyla, bu neredeyse 0 oluyor.

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

Bu yüzden birim ümidimiz beyin ile çalışan

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

yardımcı beyin işlemcileri icat etmek,

böylelikle hastalardaki fonksiyonları büyütebiliriz.

so we can augment functions in people with disabilities.

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

JE: Ve teoride, bu şu anlama geliyor,

hisseden, koklayan

duyan, dokunan bir fare,

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

ve siz onu birler ve sıfırlar zinciriyle modelleyebiliyorsunuz.

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

EB: Kesinlikle, evet. Bunu sinirsel kodların bazı davranışları

ve bazı düşünce ve hisleri nasıl yönettiğini

what neural codes can drive certain behaviors

test etmek için bir yol olarak kullanmayı

and certain thoughts and certain feelings

ve beyni daha iyi anlamayı umut ediyoruz.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

JE: Bu günün birinde hafızalardan bilgiyi indirebileceğiniz

and maybe upload them?

ve belki de hafızalara bilgiyi yükleyebileceğiniz anlamına mı geliyor?

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

EB: Bu üzerinde çalışmaya başladığımız bir şey.

Şu anki çalışmamızda aynı zamanda

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

beyni kayıt maddeleriyle kaplamaya çalışıyoruz.

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

Böylelikle bilgileri kaydedip geri içeri sokabileceğiz --

sort of computing what the brain needs

beynin bilgi işleyişini genişletebilmek amacıyla

in order to augment its information processing.

ihtiyaç duyduğu bir çeşit hesaplama.

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

JE: Güzel, bu bir şeyleri değiştirebilir. Teşekkürler. (EB: Teşekkürler.)

EB: Thank you.

(Alkışlar)

(Applause)