Ed Boyden: A light switch for neurons

Ed Boyden: Công tắc bằng ánh sáng cho nơ-ron thần kinh

Translator: Hoang Nguyen Thai Reviewer: Alice Tran

Hãy thử nghĩ về một ngày của bạn.

Think about your day for a second.

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

Bạn thức dậy, cảm nhận cơn gió mát lành vuốt qua mặt khi bạn bước ra khỏi cửa,

encountered new colleagues and had great discussions

gặp gỡ những người đồng nghiệp mới và có những cuộc thảo luận thú vị,

và thấy ngạc nhiên khi bạn biết một điều gì đó mới mẻ.

and felt in awe when you found something new.

Nhưng tôi cược rằng có một điều mà bạn chưa nghĩ tới trong hôm nay

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

một điều rất gần gũi

something so close to home,

mà bạn hầu như không nghĩ về nó thường xuyên.

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

Và điều đó là tất cả những cảm xúc, cảm giác,

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

quyết định và hành động

đều được điều khiển bằng chiếc máy tính trong đầu bạn

are mediated by the computer in your head

được gọi là bộ não.

called your brain.

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

Và đây, não bộ có vẻ đơn giản khi nhìn từ bên ngoài --

một vài pound thịt hồng-xám,

a couple pounds of pinkish-gray flesh,

vô định hình --

amorphous.

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

nhưng thành tựu của thần kinh học trong 100 năm qua

đã cho phép chúng ta nhìn sâu hơn vào não bộ,

and to see the intricacy of what lies within.

và thấy được sự phức tạp của cấu trúc bên trong.

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

Và điều này cho ta biết não bộ

là một mạng lưới vô cùng phức tạp

made out of hundreds of billions of cells called neurons.

được tạo nên từ hàng trăm tỉ tế bào được gọi là nơ-ron.

Now, unlike a human-designed computer,

Không giống như những chiếc máy tính do con người ra,

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

những chiếc máy chỉ có một số ít cấu kiện --

chúng ta biết chúng hoạt động ra sao, bởi chúng ta đã tạo ra chúng --

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

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

còn bộ não được cấu thành từ hàng ngàn loại tế bào,

có thể là hàng chục ngàn.

maybe tens of thousands.

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

Chúng có những hình dạng khác nhau; chúng được tạo ra từ những phân tử khác nhau;

chúng điều khiển và kết nối tới các vùng khác nhau của não bộ.

they project and connect to different brain regions.

Và chúng cũng thay đổi khác nhau ở mỗi trạng thái nhiễm bệnh.

They also change in different ways in different disease states.

Hãy làm cho việc này rõ ràng hơn.

Let's make it concrete.

There's a class of cells,

Đây là một nhóm các thế bào,

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

những tế bào khá nhỏ, gây ức chế tế bào và làm dịu các tế bào lân cận.

Chúng là một trong các tế bào mà có lẽ bị teo ở những rối loạn như tầm thần phân liệt.

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

in disorders like schizophrenia.

It's called the basket cell.

Chúng được gọi là tế bào rọ (basket cell).

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

Và loại tế bào này là một trong hàng ngàn loại tế bào

mà chúng ta đang nghiên cứu.

that we're learning about.

New ones are being discovered every day.

Những loại tế bào mới đang được tìm ra hàng ngày.

Thêm một ví dụ thứ hai:

As just a second example:

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

những tế bào hình chóp, to lớn này

chúng có thể bao phủ một phần đáng kể của não bộ.

of the brain.

Chúng dễ bị kích thích.

They're excitatory.

Và chúng là loại tế bào

And these are some of the cells that might be overactive

mà có thể hoạt động thái quá ở những rối loạn như động kinh.

in disorders such as epilepsy.

Mỗi tế bào nói trên

Every one of these cells is an incredible electrical device.

là một cấu kiện điện tử đang kinh ngạc

They receive inputs from thousands of upstream partners

Chúng nhận thông tin từ hàng ngàn đồng sự thượng nguồn

và tự tính toàn thông tin đầu ra của chúng,

and compute their own electrical outputs,

which then, if they pass a certain threshold,

khi mà chúng truyền đi một mức nhất định nào đó,

sẽ đi tới hàng ngàn đồng sự hạ nguồn của chúng.

will go to thousands of downstream partners.

Và những bước xử lí này, chỉ mất khoảng vài phần ngàn giây,

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

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

xảy ra thàng ngàn lần trong một phút

ở mỗi tế bào trong 100 tỉ tế bào,

as long as you live and think and feel.

khi bạn sống

suy nghĩ và cảm thụ

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

Vậy làm sao để chúng ra tìm ra công dụng của loại mạch này?

Theo lý tưởng, chúng ta xét toàn mạng lưới

Ideally, we could go through this circuit

và "bật", "tắt" những loại tế bào khác nhau

and turn these different kinds of cell on and off

and see whether we could figure out

và xem xét nếu chúng ta có thể biết được

which ones contribute to certain functions

các chức năng nhất định của một loại tế bào nào đó

and which ones go wrong in certain pathologies.

và những loại tế bào nào bị lỗi ở một tình trạng bệnh lý nhất định nào đó.

Nếu chúng ta có thể kích hoạt các tế bào, chúng ta có thể thấy được sức mạnh thật sự mà chúng có thể có,

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

những thứ mà chúng có thể tiếp nhận hay chống lại.

what they can initiate and sustain.

Nếu chúng ta có thể vô hiệu hóa chúng,

If we could turn them off,

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

chúng ta có thể thử và tìm ra chúng cần cho chức năng gì.

Và đó là câu chuyện mà tôi sẽ nói với các bạn ngày hôm nay.

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

Thành thật mà nói, khi mà chúng tôi đã trải qua 11 năm,

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

qua cố gắng tìm được phương thức

through an attempt to find ways

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

để điều khiển trạng thái của các mạch, tế bào, các phần và các đường dẫn của não bộ

tắt và bật,

on and off,

để hiểu được khoa học,

both to understand the science

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

và cũng để giải quyết một vài vấn đề

đang đối diện với chúng ta.

Now, before I tell you about the technology,

Trước khi tôi nói với các bạn về công nghệ này,

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

có một điều không hay là một bộ phận đáng kể trong chúng ta ngồi tại phòng này

nếu chúng ta sống đủ lâu,

if we live long enough,

will encounter, perhaps, a brain disorder.

thì có lẽ sẽ bị mắc bệnh rối loạn về não.

Đã có hàng tỉ người

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

bị mắc các loại rối loạn về não

mà làm họ bất lực.

that incapacitates them.

The numbers don't do it justice, though.

Và những con số không làm j` ngoài đánh giá khách quan.

These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

Những rồi loạn này -- tâm thần phân liệt, Alzheimer's,

chán nản, nghiện --

depression, addiction --

they not only steal away our time to live,

chúng không chỉ đánh cắp thời gian sống của chúng ta, chúng còn thay đổi con người chúng ta;

they change who we are.

They take our identity and change our emotions

chúng lấy đi cá tính của ta và thay đổi cả cảm xúc của ta --

and change who we are as people.

và thay đổi cả con người chúng ta.

Now, in the 20th century,

Vào thế kỉ 20,

có một vài hi vọng đã được nhen nhóm

there was some hope that was generated

through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders.

qua sự phát triển của ngành dược trong chữa trị các chứng rối loạn tâm thần.

Và khi mà rất nhiều loại thuốc đã và đang được phát triển

And while many drugs have been developed

that can alleviate symptoms of brain disorders,

mà có thể làm dịu đi các triệu chứng của rồi loạn thần kinh,

nhưng không một phương pháp nào được xem là có thể chữa trị hoàn toàn trong thực tế.

practically none of them can be considered to be cured.

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

Và một phần nguyên nhân là do chúng ta đang dìm não bộ vào hóa chất.

we're bathing the brain in a chemical --

Mạch phức tạp này

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

cấu tạo bởi hàng ngàn loại tế bào khác nhau

đang bị chìm trong một loại chất.

is being bathed in a substance.

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

Đó cũng giải tích vì sao mà hầu hết các loại thuốc, không phải là tất cả, đang ở trên thị trường

có thể để lại một vài tác dụng phụ nghiêm trọng.

can present some kind of serious side effect too.

Giờ đây một số người đã có được niềm an ủi

Now some people have gotten some solace from electrical stimulators

từ những thiết bị điện tử mô phỏng được cấy vào não.

that are implanted in the brain,

for Parkinson's disease or cochlear implants.

Và đối với bệnh Parkinson,

cấy ốc tai ,

These have indeed been able to bring some kind of remedy

việc này thực sự đã có thể

mang tới một vài phương pháp chữa trị

to people with certain kinds of disorders.

đối với những người bị những chứng rối loạn nhất định.

But electricity also will go in all directions --

Nhưng dòng điện cũng sẽ đi theo tất cả mọi hướng --

the path of least resistance --

theo con đường điện trở nhỏ nhất,

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

nơi xuất phát của một phần dòng điện.

and will also affect normal circuits,

Và nó cũng ảnh hưởng tới các mạch bình thường cũng như các mạch bất thường mà bạn muốn điều trị.

as well as the abnormal ones you want to fix.

Nên chúng ta lại được đưa về với ý tưởng

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

về điều khiển siêu chính xác.

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

Liệu chúng ta có thể truyền thông tin tới nơi mà ta muốn một cách chính xác?

Vì vậy, khi tôi bắt đầu học thần kinh học 11 năm trước đây,

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

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

Tôi đã được đào tạo như một kỹ sư điện và một nhà vật lý,

the first thing I thought about was,

và điều đầu tiên tôi nghĩ là về,

if these neurons are electrical devices,

nếu những tế bào thần kinh là các cấu kiện điện tử,

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

thì việc mà chúng ta cần làm là tìm một cách nào đó

để thay đổi những hiện tượng điện từ bên ngoài.

at a distance.

Nếu chúng ta có thể bật điện trong một tế bào,

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

nhưng không ảnh hưởng tới những tế bào lân cận,

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

thì việc đó sẽ trao cho chúng ta công cụ mà ta cần để kích hoạt và vô hiệu hóa những tế bào khác nhau,

hiểu được những tế bào đó có hoạt động gì và vai trò của chúng

to figure out what they do

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

đối với mạng lưới mà chúng tồn tại trong đó.

và bên cạnh đó việc này cũng cho phép chúng ta có đc sự kiểm soát siêu chính xác mà chúng ta cần

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

để sắp xếp lại các tính toán mạch

to fix the circuit computations that have gone awry.

đã bị sai lệch

Now, how are we going to do that?

Vậy làm thế nào để chúng ta có thể thực hiện được điều đó?

Well, there are many molecules that exist in nature

Cũng có nhiều phân tử tồn tại trong tự nhiên,

có thể cho phép chuyển đổi ánh sáng thành điện năng.

which are able to convert light into electricity.

Bạn có thể nghĩ chúng như những phân tử protein nhỏ bé

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

giống như pin mặt trời.

If we install these molecules in neurons somehow,

Nếu chúng ta có thể cấy các phân tử này vào tế bào thần kinh,

then these neurons would become electrically drivable with light,

thì những nơ-ron này sẽ trở thành điều khiển về mặt điện được bằng ánh sáng.

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

Và những tế bào lân cận không có các phân tử nhạy sáng sẽ không bị ảnh hưởng.

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

Có một thủ thuật khác mà bạn cần để biến điều này thành sự thật,

và đó chính là khả năng truyền ánh sáng tới não bộ.

the ability to get light into the brain.

The brain doesn't feel pain.

Và để làm việc đó -- não bộ không bị tổn thương -- bạn có thể đặt --

Taking advantage of all the effort

tận dụng lợi thế của tất cả những thành tựu

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

dùng trong lĩnh vực Internet và viễn thông tin liên lạc v...v... --

you can put optical fibers connected to lasers

các sợi quang được kết nối với thiết bị laser

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

mà bạn có thể sử dụng để kích hoạt, ví như trong các động vật thí nghiệm,

hay trong nghiên cứu tiền lâm sàng,

these neurons and see what they do.

các nơ-ron và xem chúng có phản ứng gì.

Vậy chúng ta có thể làm đc điều đó bằng cách nào?

So how do we do this?

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

Trong năm 2004,

với sự hợp tác cùng Gerhard Nagel và Karl Deisseroth,

this vision came to fruition.

tiềm năng này đã trở thành sự thật.

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

Có một loại tảo nhất định trong tự nhiên,

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

và nó cần hướng về ánh sáng

để có thể quang hợp 1 cách tối ưu.

And it senses light with a little eyespot,

Và chúng cảm nhận ánh sáng bằng những "đốm mắt" nhỏ,

which works not unlike how our eye works.

chúng hoạt động không giống mới mắt của chúng ta.

In its membrane, or its boundary,

Trong màng tế bào của chúng, hoặc vỏ của chúng,

it contains little proteins

có chứa các phân tử protein nhỏ

mà thực sự có thể chuyển đổi ánh sáng thành điện năng.

that indeed can convert light into electricity.

Vì vậy, các phân tử này được gọi là channelrhodospins.

These molecules are called channelrhodopsins.

And each of these proteins acts just like that solar cell

Và mỗi phân tử protein này hoạt động như các tế bào mặt trời mà tôi đã nói lúc trước.

that I told you about.

Khi ánh sáng xanh làm nóng chúng,chúng sẽ mở ra 1 lỗ hổng nhỏ

When blue light hits it,

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

và cho phép các hạt nhiễm điện thâm nhập vào "đốm mắt".

Và điều này làm cho những "đốm mắt" có các tín hiệu điện

that allows this eyespot to have an electrical signal,

giống như việc sạc pin bằng năng lượng mặt trời

just like a solar cell charging a battery.

So what we need to do is take these molecules

Vì thế việc chúng tôi cần làm là lấy những phân tử đó

và cấy chúng vào các nơ-ron.

and somehow install them in neurons.

And because it's a protein,

Và bởi vì chúng là những phân tử protein

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

nên DNA của chúng đã đc mã hóa.

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

Vì thế việc tất cả chúng tôi cần làm là lấy các DNA này

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

đặt nó vào một liệu pháp gen trung gian, giống như virus,

and put it into neurons.

và đặt nó vào các nơ-ron.

And this was a very productive time in gene therapy,

Thời kì này là quãng thời gian mà liệu pháp gen phát triển mạnh,

and lots of viruses were coming along,

và rất nhiều chủng loại virus xuất hiện.

so this turned out to be fairly simple.

Nên điều này trở thành một việc vô cùng dễ dàng để thực hiện.

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

Vào 1 buổi sáng sớm mùa hè năm 2004,

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

chúng tôi đã thử nghiệm điều đó và nó đã thành công ngay ở lần thử đầu tiên.

Bạn lấy DNA này và đặt vào các tế bào thần kinh.

You take this DNA and put it into the neuron.

The neuron uses its natural protein-making machinery

Nơ-ron sử dụng cơ chế tạo protein tự nhiên

to fabricate these little light-sensitive proteins

để tạo ra những protein nhạy sáng nhỏ bé này

và cấy chúng lên toàn bộ tế bào,

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

giống như việc lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời lên mái nhà vậy

And the next thing you know,

Và điều tiếp theo mà bạn biết,

you have a neuron which can be activated with light.

nếu bạn có 1 tế bào thần kinh mà có thể hoạt động với ánh sáng.

thì đây là một công cụ vô cùng mạnh mẽ.

So this is very powerful.

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

Một trong những thủ thuật bạn phải làm

là tìm ra cách để đưa các gen này tới các tế bào mà bạn muốn.

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

mà không phải là những tế bào lân cận.

Và bạn có thể làm được điều đó; bạn có thể biến đổi các virus

And you can do that;

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

sao cho chúng chỉ xâm nhập vào một số tế bào chứ không phải các tế bào khác.

Và còn một thủ thuật di truyền học mà bạn có thể sử dụng

And there's other genetic tricks you can play

để lấy được các tế bào quang hoạt.

in order to get light-activated cells.

Lĩnh vực này ngày này được gọi là quang di truyền học (optogenetics).

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

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

Và chỉ thêm một ví dụ về những việc mà bạn có thể làm,

bạn có thể lấy một mạng lưới phức tạp,

you can take a complex network,

use one of these viruses to deliver the gene

sử dụng một trong những loại virus này để vận chuyển gen

tới chỉ một loại tế bào trong mạng lưới dày đặc này.

just to one kind of cell in this dense network.

And then when you shine light on the entire network,

Tiếp đến khi mà bạn chiếu sáng lên toàn bộ mạng lưới,

just that cell type will be activated.

thì chỉ loại tế bào đã cấy sẽ được kích hoạt.

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

Ví dụ, chúng ta hãy xem xét lại loại tế bào xô (basket cell) mà tôi đã nói với các bạn trước đó --

loại tế bào mà bị teo lại trong bệnh tâm thần phân liệt

the one that's atrophied in schizophrenia

và gây ức chế.

and the one that is inhibitory.

Nếu chúng ta có thể đưa gen đó tới các tế bào này --

If we can deliver that gene to these cells --

và tất nhiên các tế bào sẽ không bị thay thế bởi gen mà chúng ta đưa tới --

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

rồi nháy sáng xanh lên toàn bộ mạng lưới của não,

then flash blue light over the entire brain network,

just these cells are going to be driven.

chỉ những tế bào được cấy ghép này sẽ bị ảnh hưởng.

Và khi ánh sáng không còn nữa, những tế bào này quay lại trạng thái bình thường,

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

vì vậy chúng không có vẻ phản ứng chống lại việc cấy ghép.

there don't seem to be adverse events.

Not only can you study what these cells do,

Bạn không những sử dụng phương pháp này để nghiên cứu chức năng,

what their power is in computing in the brain,

vai trò của các tế bào này trong việc tính toán của não bộ,

mà bạn còn có thể sử dụng phương pháp này để biết được --

you can also use this to try to figure out

có lẽ chúng ta nên kích thích hoạt động của các tế bào này,

if we could jazz up the activity of these cells

nếu chúng thực sự bị teo.

if indeed, they're atrophied.

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

Bây giờ tôi muốn kể cho các bạn nghe 1 vài câu chuyện ngắn

về việc chúng tôi đã sử dụng phương pháp này,

both at the scientific clinical and preclinical levels.

cả ở mức độ khoa học, lâm sàng và tiền lâm sàng.

One of the questions that we've confronted is:

Một trong những câu hỏi mà chúng tôi phải đối mặt

What signals in the brain mediate the sensation of reward?

đó là tìn hiệu nào trong não mang tới cảm giác được khen thưởng?

Because if you could find those,

Bởi vì nếu bạn có thể tìm ra được những tín hiệu này,

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

thì đó sẽ là những tín hiệu điều khiển việc học hỏi.

Não bộ sẽ làm việc nhiều hơn mỗi khi nó nhận được sự khen thưởng.

the brain will do more of what got that reward.

Và có cả những tín hiệu bị sai lệch ở các rối loạn như nghiện.

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

Vì thế nếu chúng ta có thể tìm ra những tế bào đó là loại nào,

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

chúng ta có thể tìm được những mục tiêu mới

mà có thể sử dụng để kiểm soát hay chống lại chất gây nghiện,

for which drugs can be designed or screened against

hay sử dụng để thay thế các điện cực đặt bên trong

or maybe places where electrodes could be put in

cho những người có khuyết tật rất nghiêm trọng.

for people who have severe disability.

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

Để làm được điều đó, chúng tôi đã nảy ra ý tưởng với 1 mô hình đơn giản

trong khi hợp tác vs nhóm Fiorella,

in collaboration with the Fiorillo group,

nơi một phía của chiếc hộp nhỏ này,

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

nếu con vật đi tới đó, nó sẽ nhận được một xung ánh sáng

it gets a pulse of light.

để làm cho những tế bào khác nhau trong não nhạy cảm với ánh sáng.

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

cho nên nếu những tế bào này sinh ra cảm giác khen thưởng,

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

thì con vật sẽ đi tới góc đó nhiều hơn.

Và nếu đó là điều xảy ra,

And that's what happens.

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

con vật này sẽ đi tới phải bên phải và gãi gãi mũi nó ở đó,

và nó nhận được một chớp sáng xanh lỗi lần nó làm điều đó.

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

Nó sẽ làm việc đó hàng trăm lần.

He'll do that hundreds of times.

Có các nơ-ron dopamine,

These are the dopamine neurons,

mà một số bạn có thể đã biết chúng trong một số các trung tâm khoái cảm trong não.

in some of the pleasure centers in the brain.

Chúng tôi đã chỉ ra rằng một hành động ngắn này

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

thực chất là đủ để kích thích việc học.

Bây giờ chúng ta có thể khái quát ý tưởng.

Now we can generalize the idea.

Thay vì chỉ kiểm soát một điểm trên não,

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

chúng ta có thể tạo ra các thiết bị bao quát cả não bộ,

mà có thể đưa ánh sáng vào theo không gian ba chiều --

that can deliver light into three-dimensional patterns --

hệ thống những sợi quang,

arrays of optical fibers,

được kết nối với từng nguồn sáng nhỏ riêng biệt.

each coupled to its own independent miniature light source.

Và rồi chúng ta có thể thí nghiệm trên các tế bào cô lập

Then we can try to do things in vivo

mà chỉ được làm trên đĩa ngày nay --

that have only been done to date in a dish,

like high-throughput screening throughout the entire brain

như kiểm tra thông lượng cao trên toàn bộ não

đối với các tín hiệu mà có thể làm một số thứ xảy ra.

for the signals that can cause certain things to happen

Hoặc chúng có thể là những mục tiêu

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

để điều trị rối loạn về não.

Và 1 câu chuyện tôi muốn kể cho các bạn nghe

One story I want to tell you about is:

là về việc chúng tôi tìm ra đích cho việc điều trị căng thẳng tâm lý sau sang chấn như thế nào --

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

một hình thức của sự lo lắng và sợ hãi không kiểm soát.

a form of uncontrolled anxiety and fear?

Và một trong những việc mà chúng tôi đã làm

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

là sử dụng một kiểu sợ hãi rất cổ điển.

This goes back to the Pavlovian days.

Điều này trở lại với thời kì Pavlovian (Phản ứng có điều kiện).

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

Nó được gọi là điều kiện sợ hãi Pavlovian --

khi mà một âm thanh kết thúc cùng với một cơn sốc ngắn.

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

Sốc không phải là đau đớn, nhưng nó đem lại 1 chút khó chịu.

Và theo thời gian - trong trường hợp này, một con chuột,

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

là 1 động vật thí nghiệm hiệu quả, chúng thường được dùng trong các thí nghiệm như vậy --

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

con vật học được nỗi sợ hãi khi nghe âm thanh đó.

the animal learns to fear the tone.

Con vật sẽ phản ứng bằng cách đứng lại,

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

kiểu giống với con nai trước ánh đèn pha ô tô.

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

Câu hỏi được đặt ra chúng ta tìm được vùng nào trong bộ não

that allow us to overcome this fear?

mà giúp ta vượt qua được sự sợ hãi này?

Nên việc chúng tôi làm là chúng tôi cho phát lại âm thanh đó

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

sau khi nó đã được kết hợp với nỗi sợ hãi.

Nhưng chúng tôi kích hoạt một số mục tiêu trong não, các mục tiêu khác nhau,

But we activate different targets in the brain,

sử dụng hệ thống sợi quang mà tôi đã nói với bạn về trong slide trước đó,

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

để thử và tìm ra mục tiêu nào

in order to try and figure out

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

có thể làm cho não bộ vượt qua được kí ức về sự sợ hãi.

Đoạn video ngắn này

This brief video shows you one of these targets

sẽ cho bạn thấy 1 trong những mục tiêu trên não bộ mà chúng tôi đang nghiên cứu.

that we're working on now.

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

Đây là một khu vực trong vỏ não trước trán,

vùng mà chúng sử dụng tri thức cho việc thử vượt qua trạng thái cảm xúc ác cảm.

to try to overcome aversive emotional states.

Và con vật sẽ được nghe một âm thanh -- và một chớp sáng sẽ được bật cùng lúc.

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

Ở đây không có âm thanh, nhưng các bạn có thể thấy con vật đứng im.

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

Âm thanh này từng có nghĩ là điều không hay sẽ tới.

the tone used to mean bad news.

Và có một chiếc đồng hò nhỏ ở góc dưới phía bên trái,

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

nên bạn có thể thấy con vật ở trong tình trạng này khoảng 2 phút.

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

Và trong clip kế tiếp

This next clip is just eight minutes later.

là chỉ 8 phút sau đó.

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

Và cũng âm thanh đó được phát ra, và chớp sáng sẽ lại chớp.

Được rồi, nó đây. Ngây bây giờ.

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

Và giờ các bạn có thể thấy, chỉ 10 phút trong thí nghiệm,

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

mà chúng tôi đã trang bị bộ não bằng quang hoạt một vùng

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

để khắc phục biểu hiện

to overcome the expression of this fear memory.

của những kí ức sợ hãi.

Trong vài năm gần đây, chúng tôi tôi đã trở lại nghiên cứu cây sự sống (tree of life),

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

bởi vì chúng tôi muốn tìm các cách để tắt các mạch trong não bộ.

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

Nếu chúng tôi có thể làm điều đó, thì đó sẽ là một sức mạnh to lớn.

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

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

Nếu bạn có thể vô hiệu hóa các tế bào chỉ cho một vài phần nghìn giây hoặc vài giây,

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

bạn có phát hiện ra vai trò cần thiết của chúng

trong các mạch mà chúng có mặt.

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

Và chúng tôi đã và đang nghiên cứu các tế bào trên toàn bộ cây sự sống --

ở mỗi vương quốc của sự sống ngoại trừ động vật, chúng tôi thấy hơi khác nhau.

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

Và chúng tôi phát hiện tất cả các loại phân tử, chúng được gọi là halorhodopsins hoặc archaerhodopsins,

We found molecules called halorhodopsins or archaerhodopsins,

đều phản ứng lại với ánh sáng xanh và vàng

that respond to green and yellow light.

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

Và chúng làm điều ngược lại với phân tư

có channelrhodopsin kích hoạt khi có ánh sáng xanh mà tôi đã nói với bạn trước đó.

with the blue light activator, channelrhodopsin.

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

Ví dụ cho thấy ý kiến của chúng tôi về hướng phát triển của điều này.

Consider, for example, a condition like epilepsy,

Xét ví dụ với bệnh động kinh,

where the brain is overactive.

mà ở bệnh này, não hoạt động quá mức.

Now, if drugs fail in epileptic treatment,

Nếu sử dụng thuốc thất bại trong việc điều trị động kinh,

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

thì một trong những cách làm là loại bỏ một phần của bộ não.

Nhưng việc này rõ ràng không thể trả lại trạng thái ban đầu, và có thể có các tác dụng phụ.

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

Điều gì xảy ra nếu chúng ta có thể dừng hoạt động của não trong một thời gian ngắn,

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

cho đến khi cơn động kinh hết đi,

until the seizure dies away,

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

và giúp não bộ trở lại trạng thái ban đầu của nó --

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

kiểu như một hệ thống động học được xoa dịu xuống trạng thái ổn định.

Đoạn hoạt họa sâu sẽ giải thích khái niệm này

This animation tries to explain this concept

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

chúng tôi làm những tế bào này sẽ bị tắt khi có ánh sáng,

và chúng tôi chiếu sáng vào,

and we beam light in,

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

và chỉ trong thời gian đủ để cắt cơn,

chúng tôi hi vọng rằng có thể tắt được chúng đi.

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

Và mặc dù chúng tôi không có dữ liệu để cho các bạn thấy ở đây,

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

nhưng chúng tôi rất nhiệt huyết trong việc này.

but we're very excited about this.

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

Giờ tôi muốn kết thúc bằng một câu chuyện,

mà chúng tôi nghĩ là một khả năng khác --

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

có thể các phân tử này, nếu bạn có thể kiểm soát siêu chính xác,

có thể dùng được trong não

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

để tạo nên 1 phương pháp lắp bộ phận giả,quang học giả.

an optical prosthetic.

Như tôi đã nói rằng sự kích thích điện là không giống nhau.

I already told you that electrical stimulators are not uncommon.

75,000 người mắc Prrkinson's được cấy ghép các vật kích thích sâu trong não.

Seventy-five thousand people

have Parkinson's deep-brain stimulators implanted,

Khoảng 100,000 người cấy ốc tai,

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

mà cho phép họ có thể nghe được.

Có một việc khác, đó là bạn phải ghép các gen này vào các tế bào.

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

Và 1 niềm hi vọng mới về liệu pháp Gen đang được phát triển

A new hope in gene therapy has been developed,

because viruses like the adeno-associated virus --

bởi vì virus cũng giống như virus liên quan tới các tuyến (adeno-associated virus)

mà có thể hầu hết chúng ta trong phòng này đang mang trên người,

which probably most of us around this room have;

và nó không có bất cứ triệu chứng gì,

it doesn't have any symptoms --

khi được áp dụng cho hàng trăm bệnh nhân

have been used in hundreds of patients

to deliver genes into the brain or the body.

để chuyển Gen vào não bộ hay cơ thể

And so far, there have not been serious adverse events

Và cho đến nay, không có 1 triệu chứng bất lợi nghiêm trọng nào

liên quan đến virus.

associated with the virus.

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

Có một điều quan trong cuối cùng, đó chính là các protein,

which come from algae, bacteria and funguses

mà được lấy từ tảo và vi khuẩn và nấm,

and all over the tree of life.

và toàn bộ cây sự sống.

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

Hầu hết ta không có nấm hoặc các loại tảo trong não,

vậy não của chúng sẽ phản ứng thế nào nếu chúng ta đặt nấm và tảo vào?

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

Các tế bào sẽ chịu đựng được? Liệu hệ thống miễn dịch sẽ phản ứng?

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

Ở những thời kì đầu này -- những phương pháp này chưa được áp dụng lên người --

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

nhưng chúng tôi đang có những nghiên cứu đa dạng

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

để thử và trải nghiệm điều này.

Và cho đến nay chúng ta chưa thấy phản ứng công khai về mức độ nghiêm trọng nào

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

đối với những phân tử này

to these molecules

or to the illumination of the brain with light.

hay đối với sự chiếu sáng bộ não bằng ánh sáng.

Thành thật mà nói đây mới chỉ là những buổi ban đầu, nhưng chúng tôi vô cùng nhiệt huyết với nó.

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

Tôi muốn kết thúc bằng một câu chuyện,

I wanted to close with one story,

which we think could potentially be a clinical application.

mà chúng tôi nghĩ rằng có thể có khả năng

là một ứng dụng lâm sàng.

Now, there are many forms of blindness

Hiện nay có nhiều hình thức của bệnh mù

khi mà các tế bào cảm quang,

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

các cảm biến sáng tự nhiên mà nằm ở phía sau mắt chúng ta, bị mất.

are gone.

And the retina is a complex structure.

Tất nhiên, võng mạc là một cấu trúc phức tạp.

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

Hãy phóng to nó để mọi người có thể nhìn thấy cụ thể hơn.

các tế bào cảm quang có thể thấy ở đây, ngay phía trên,

The photoreceptor cells are shown here at the top.

The signals that are detected by the photoreceptors are transformed

và rồi các tín hiệu được các cảm quang thu nhận

và được chuyển hóa bởi sự tính toán đa dạng,

via various computations

cho đến lớp tế bào ở dưới cùng, các tế bào hạch,

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

chuyển tiếp thông tin đến não,

relay the information to the brain,

nơi mà chúng ta hiểu là tri giác.

where we see that as perception.

Trong nhiều dạng của bệnh mù, như viêm võng mạc sắc tố,

In many forms of blindness, like retinitis pigmentosa

or macular degeneration,

hoặc thoái hóa điểm vàng,

the photoreceptor cells have atrophied or been destroyed.

các tế bào cảm quang bị teo hoặc bị phá hủy.

Now, how could you repair this?

Vậy làm sao để điều trị tình trạng này?

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

Thậm chí không rõ ràng là một loại thuốc nào có thể chữa được,

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

bởi vì không có gì để cho các loại thuốc gắn kết vào.

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

Mặt khác, mắt vẫn có thể nhìn thấy được ánh sáng.

Ánh sáng vẫn còn rõ rệt và bạn có thể nhận được ánh sáng.

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

Nên sẽ thế nào nếu chúng ta chỉ lấy những channelrhodopsins này và các phân tử khác

So what if we could take these channelrhodopsins and other molecules

và cấy chúng lên một vài trong những tế bào dự trữ khác

and install them on some of these other spared cells

và chuyển chúng thành những máy quay nhỏ bé.

and convert them into little cameras?

Bởi vì có nhiều tế bào trong mắt

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

chúng có khả năng là những chiếc máy ảnh với có độ phân giải cao.

potentially, they could be very high-resolution cameras.

Đó là một vài công việc mà chúng tôi đang thực hiện.

This is some work that we're doing,

Được thực hiện dưới sự chỉ đảo bởi một trong những cộng tác viên của chúng tôi,

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

Alan Horsager ở USC,

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

và đang trong tiến trình thương mại hóa bởi công ty Eos Neuroscience,

gây quỹ bởi NIH.

which is funded by the NIH.

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

Và bạn đang thấy ở đây là một con chuột đang giải một mê cung.

Đó là một mê cung 6 cánh. Và có một chút nước trong mê cung

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

để ép con chuột di chuyển, nếu không nó sẽ chỉ ngồi một chỗ.

Và tất nhiên mục đích của mê cung này

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

là làm sao ra khỏi nước và đi tới cái bệ nhỏ

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

đó là ở phía dưới.

Con chuột khá là thông minh, nên cuối cùng nó có thể giải được ma trân này,

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

but he does a brute-force search.

nhưng nó tìm theo kiểu dò từng cửa (brute-force search)

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

Nó bơi xuống từng cửa cho tới khi nó tìm đến được cái bệ.

He's not using vision to do it.

Nên nó không chỉ sử dụng thị giác để làm điều đó.

These different mice are different mutations

Con chuột này có sự biến đổi khác

mà biểu thị cho các loại mù lòa ở con người.

that recapitulate different kinds of blindness that affect humans.

Vì thế mà chúng ra phải hết sức cẩn thận khi thử nghiệm trên những vật thí nghiêm khác nhau này,

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

và vì thế chúng tôi đưa ra một phương pháp tiếp cận tổng quát.

so we come up with a generalized approach.

Vậy bằng cách nào mà chúng ta có thể giải quyết được điều này?

So how can we solve this?

Chúng tôi đang làm chính xác những gì đã được vạch từ slide trước

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

Chúng tôi sẽ lấy những cảm biến với ánh sáng xanh này

We'll take these blue light photo sensors

và cấy chúng lên một lớp các tế bào

and install them onto a layer of cells

ở giữa võng mạc ở phía sau của mắt

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

and convert them into a camera --

và chuyển chúng thành một chiếc máy ảnh.

just like installing solar cells all over those neurons

Giống như việc đặt các tấm pin mặt trời trên những tế bào thần kinh

để làm cho chúng nhạy sáng.

to make them light-sensitive.

Light is converted to electricity on them.

ánh sáng được chuyển hóa thành điện trên chúng.

So this mouse was blind a couple weeks before this experiment

Con chuột này đã bị mù vài tuần trước thí nghiệm này

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

và được nhận một liều các phân tử nhạy sáng qua virus.

Và giờ các bạn có thể thấy, con vật đã tránh các bức tường

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

và đi tới cái bệ

and go to this little platform

và rút ra kinh nghiệm sử dụng mắt lần nữa.

and make cognitive use of its eyes again.

Và để chỉ ra sức mạnh của điều này:

And to point out the power of this:

những con vật mù có thể đi tới bệ

these animals can get to that platform

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

nhanh như

Nghiên cứu tiền lam sáng này, theo tôi,

So this preclinical study, I think, bodes hope

báo trước hy vọng cho những thứ như thế này

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

chúng toi hy vọng có thể làm được điều này trong tương lai

Tóm lại, tôi muốn chỉ ra rằng chúng tôi cũng đang khám phá

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

mô hình kinh doanh mới cho lĩnh vực thần kinh học.

Chúng tôi đang phát triển những thiết bị này,

We're developing tools and sharing them freely

nhưng chúng tôi chia sẻ miễn phí chúng với hàng trăm nhóm trên toàn thế giới,

with hundreds of groups all over the world

để mọi người có thể nghiên cứu và cố gắng điều trị các chứng rối loạn khác nhau.

for them to study and try to treat different disorders.

Và đó là hy vọng của chúng tôi, bằng cách tìm hiểu mạch não bộ

Our hope is that by figuring out brain circuits

ở mức độ mà cho phép chúng ta có thể sửa chữa và thiết kế chúng,

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

chúng ta có thể đương đầu với các rối loạn mà tôi đã trình bày trước đó,

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

trong thực tế chưa một bệnh nào đã chữa được,

practically none of which are cured,

và trong thế kỉ 21 biến chúng thành quá khứ.

and in the 21st century, make them history.

Cảm ơn.

Thank you.

(Applause)

(Vỗ tay)

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

Một vài khái niệm vẫn hơi mơ hồ.

(Laughter)

(Tiếng cười)

Nhưng những ý tưởng

But the implications of being able to control seizures or epilepsy

về việc có thể kiểm soát sự lên cơn hay bệnh động kinh

with light instead of drugs

bằng ánh sáng thay vì bằng thuốc,

and being able to target those specifically

và có thể nhắm tới chúng một cách chuyên biệt

is a first step.

là điều đầu tiên.

The second thing that I think I heard you say

Điều thứ hai mà tôi nghĩ rằng anh đã nói

is you can now control the brain in two colors,

đó là các anh giờ có thể điểu khiển bộ não theo 2 màu.

giống như việc bật/tắt công tắc.

like an on-off switch.

Đúng như vậy

Ed Boyden: That's right.

Như vậy là mọi xung đi qua não có thể phiên thành mã nhị phân.

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

EB: Ồ, đúng vậy

EB: Right.

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

Đó là ánh sáng xanh, chúng ta có thể điều chỉnh thông tin, và đó ở dạng của mức logic 1.

Và khi tắt nó đi, nó giống mới mức logic 0.

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

Vì vậy, hy vọng của chúng tôi là cuối cùng sẽ xây dựng được các bộ đồng xử lý với não

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

mà có thể làm việc cùng với não,

từ đó có thể cải thiện các chức năng ở người khuyết tật.

so we can augment functions in people with disabilities.

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

Và trên lí thuyết, điều này cũng có nghĩa

khi một con chuột cảm nhận, đánh hơi,

nghe, chạm,

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

anh có thể mô hình nó ra như là xâu các bit nhị phân 0 và 1.

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

Đúng là như vậy. Chúng tôi hi vọng có thể dùng cách này để kiểm tra

những mã thần kinh nào có thể điều khiển một số hành vi

what neural codes can drive certain behaviors

cùng 1 số ý nghĩ và cảm giác

and certain thoughts and certain feelings

để hiểu hơn về bộ não.

and use that to understand more about the brain.

JE: Does that mean that someday you could download memories

Có phải điều đó có nghĩa rằng, một ngày nào đó anh có thể tải về kí ức

and maybe upload them?

và có lẽ là tải chúng lên?

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

Đó là điều khiến chúng tôi làm việc chăm chỉ.

Hiện tại thì chúng tôi đang làm một vài công ciệc

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

mà ở đó chúng tôi đang cố gắng lát não bộ bằng các yếu tố ghi nhớ.

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

Vì vậy, chúng ta có thể ghi lại thông tin và sau đó đưa chúng quay trở lại --

sort of computing what the brain needs

kiểu tính toán mà não bộ cần

in order to augment its information processing.

nhằm để tăng thêm tính xử lý thông tin bộ não.

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

JE: Điều đó sẽ thay đổi được một số thứ. Cảm ơn anh. (EB: Cảm ơn.)

EB: Thank you.

(Vỗ tay)

(Applause)