ABOUT THE SPEAKER
Ed Boyden - Neuroengineer
Ed Boyden is a professor of biological engineering and brain and cognitive sciences at the MIT Media Lab and the MIT McGovern Institute.

Why you should listen

Ed Boyden leads the Synthetic Neurobiology Group, which develops tools for analyzing and repairing complex biological systems such as the brain. His group applies these tools in a systematic way in order to reveal ground truth scientific understandings of biological systems, which in turn reveal radical new approaches for curing diseases and repairing disabilities. These technologies include expansion microscopy, which enables complex biological systems to be imaged with nanoscale precision, and optogenetic tools, which enable the activation and silencing of neural activity with light (TED Talk: A light switch for neurons). Boyden also co-directs the MIT Center for Neurobiological Engineering, which aims to develop new tools to accelerate neuroscience progress.

Amongst other recognitions, Boyden has received the Breakthrough Prize in Life Sciences (2016), the BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award (2015), the Carnegie Prize in Mind and Brain Sciences (2015), the Jacob Heskel Gabbay Award (2013), the Grete Lundbeck Brain Prize (2013) and the NIH Director's Pioneer Award (2013). He was also named to the World Economic Forum Young Scientist list (2013) and the Technology Review World's "Top 35 Innovators under Age 35" list (2006). His group has hosted hundreds of visitors to learn how to use new biotechnologies and spun out several companies to bring inventions out of his lab and into the world. Boyden received his Ph.D. in neurosciences from Stanford University as a Hertz Fellow, where he discovered that the molecular mechanisms used to store a memory are determined by the content to be learned. Before that, he received three degrees in electrical engineering, computer science and physics from MIT. He has contributed to over 300 peer-reviewed papers, current or pending patents and articles, and he has given over 300 invited talks on his group's work.

More profile about the speaker
Ed Boyden | Speaker | TED.com
TEDSummit

Ed Boyden: A new way to study the brain's invisible secrets

에드 보이든(Ed Boyden): 아기 기저귀로부터 탄생한 뇌 연구

Filmed:
1,501,957 views

신경과학자 에드 보이든은 인간의 뇌 속 생체분자가 어떻게 감정, 생각은 물론 느낌들을 만들어내는 지를 밝혀내고자 합니다. 간질과 알츠하이머 질환 치료의 열쇠가 될 분자 변화를 알아내고자 하는 것입니다. 그는 더 이상 보이지 않는 미세한 구조들을 확대하지 않고, 한 가지 질문을 던집니다. "뇌를 물리적으로 확대시켜 관찰을 보다 쉽게 한다면?" 에드 보이든을 통해 아기 기저귀를 부풀리는 중합체가 어떻게 뇌에 대한 이해를 돕는지 알아보십시오.
- Neuroengineer
Ed Boyden is a professor of biological engineering and brain and cognitive sciences at the MIT Media Lab and the MIT McGovern Institute. Full bio

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안녕하세요, 여러분.
00:12
Hello여보세요, everybody각자 모두.
0
904
1405
오늘 전 아기 기저귀를
가지고 왔는데요.
00:14
I brought가져온 with me today오늘 a baby아가 diaper기저귀.
1
2333
2643
그 이유는 잠시 후에 아실 겁니다.
00:18
You'll see why in a second둘째.
2
6793
1722
기저귀에는 흥미로운 요소들이 있습니다.
00:20
Baby아가 diapers기저귀 have interesting재미있는 properties속성들.
3
8539
2010
물을 가하면 엄청나게 부풀어오르는 점은
00:22
They can swell팽창 enormously엄청나게
when you add더하다 water to them,
4
10573
2691
매일 수백만 명의
아이들이 하는 실험이죠.
00:25
an experiment실험 done끝난
by millions수백만 of kids아이들 every...마다 day.
5
13288
2984
(웃음)
00:28
(Laughter웃음)
6
16296
1150
기저귀의 흡수성이 뛰어난 이유는
우수한 디자인에 있습니다.
00:29
But the reason이유 why
7
17470
1494
00:30
is that they're designed디자인 된
in a very clever영리한 way.
8
18988
2190
00:33
They're made만든 out of a thing
called전화 한 a swellable팽윤성 material자료.
9
21202
2635
기저귀는 부풀어오르는 소재로 만들며
00:35
It's a special특별한 kind종류 of material자료 that,
when you add더하다 water,
10
23861
2737
이 특수 소재는 물을 가했을 때
엄청나게 부풀어오르는데요.
00:38
it will swell팽창 up enormously엄청나게,
11
26622
1430
약 천 배 정도의 부피로 늘어납니다.
00:40
maybe a thousand times타임스 in volume음량.
12
28076
2166
00:42
And this is a very useful유능한,
industrial산업의 kind종류 of polymer중합체.
13
30266
3236
산업상으로도 매우 유용하게 쓰이죠.
MIT의 제 팀은 현재
00:45
But what we're trying견딜 수 없는 to do
in my group그룹 at MITMIT
14
33819
2526
비슷한 원리를 인간 뇌에
적용 가능성을 연구하고 있습니다.
00:48
is to figure그림 out if we can do
something similar비슷한 to the brain.
15
36369
3213
00:51
Can we make it bigger더 큰,
16
39606
1159
뇌를 안을 볼 수 있을 만큼 확대하여
00:52
big enough충분히 that you
can peer같은 패 inside내부
17
40789
1678
각각의 단위체와 생체 분자를 관찰하고
00:54
and see all the tiny작은 building건물 blocks블록들,
the biomolecules생체 분자,
18
42481
2628
3차원으로 어떻게 조직되어 있는지
00:57
how they're organized조직 된 in three dimensions치수,
19
45133
2151
그 구조와, 뇌에 대한 진실을
알고자 하는 것입니다
00:59
the structure구조, the ground바닥 truth진실
structure구조 of the brain, if you will?
20
47308
3485
만약 실험이 성공한다면
01:02
If we could get that,
21
50817
1158
우리 뇌를 보다 잘
이해할 수 있을 겁니다.
01:03
maybe we could have a better understanding이해
of how the brain is organized조직 된
22
51999
3509
어떻게 생각을 하고, 감정을 느끼며
01:07
to yield수율 thoughts생각들 and emotions감정
23
55532
1659
행동을 하고 흥미를 느끼는지를요.
01:09
and actions행위 and sensations감각.
24
57215
1719
아마도 뇌의 변화를 정확히 짚어내어
01:10
Maybe we could try to pinpoint핀 끝
the exact정확한 changes변화들 in the brain
25
58958
3415
질병을 유발하는 요소들
01:14
that result결과 in diseases질병,
26
62397
1776
특히 알츠하이머, 간질,
파킨슨병과 같이
01:16
diseases질병 like Alzheimer's알츠하이머 병
and epilepsy간질 and Parkinson's파킨슨 병,
27
64197
3212
완전한 치료법이 거의 없고
01:19
for which어느 there are few조금
treatments치료법, much less적게 cures치료법,
28
67433
2578
근본을 알 수 없는 병의
01:22
and for which어느, very often자주,
we don't know the cause원인 or the origins태생
29
70035
3617
원인을 규명할 수 있을 것입니다.
01:25
and what's really causing일으키는 them to occur나오다.
30
73676
2135
01:28
Now, our group그룹 at MITMIT
31
76613
1740
자, MIT의 저희 팀은
지난 백 년간 신경과학이
진행되어 온 방식을
01:30
is trying견딜 수 없는 to take
a different다른 point포인트 of view전망
32
78377
2686
01:33
from the way neuroscience신경 과학 has
been done끝난 over the last hundred years연령.
33
81087
3230
새로운 관점에서 보고자 합니다
디자이너이자, 발명가로서
01:36
We're designers디자이너. We're inventors발명가.
34
84341
1579
뇌를 들여다보고 고칠
기술을 고안하고자 합니다
01:37
We're trying견딜 수 없는 to figure그림 out
how to build짓다 technologies기술
35
85944
2544
01:40
that let us look at and repair수리 the brain.
36
88512
2456
그 이유는
01:42
And the reason이유 is,
37
90992
1151
우리 뇌가 놀랄만큼
복잡하기 때문입니다.
01:44
the brain is incredibly엄청나게,
incredibly엄청나게 complicated복잡한.
38
92167
2801
01:47
So what we've우리는 learned배운
over the first century세기 of neuroscience신경 과학
39
95484
2887
신경과학의 첫 세기를
거치며 알아낸 것은
뇌가 매우 복잡한 신경망이며
01:50
is that the brain is a very
complicated복잡한 network회로망,
40
98395
2303
특화된 세포인 뉴런으로
구성되어 있고 복잡한 구조에
01:52
made만든 out of very specialized전문화 된
cells세포들 called전화 한 neurons뉴런
41
100722
2480
01:55
with very complex복잡한 geometries기하학,
42
103226
1667
이러한 뉴런에 전류가
흐른다는 사실입니다.
01:56
and electrical전기 같은 currents전류 will flow흐름
through...을 통하여 these complexly복잡하게 shaped모양의 neurons뉴런.
43
104917
4237
또, 뉴런들은 네트워크로
연결되어 있는데요.
02:01
Furthermore더욱이, neurons뉴런
are connected연결된 in networks네트워크.
44
109653
2784
뉴런은 화학물질을 전달하는
시냅스로 연결되어 있고
02:04
They're connected연결된 by little junctions교차로
called전화 한 synapses시냅스 that exchange교환 chemicals화학
45
112461
3835
시냅스는 뉴런 간의 소통을 담당합니다.
02:08
and allow허용하다 the neurons뉴런
to talk to each마다 other.
46
116320
2218
뇌의 밀도는 놀랍습니다.
02:10
The density밀도 of the brain is incredible놀랄 만한.
47
118562
1940
뇌의 1 세제곱 밀리미터안에는
뉴런이 약 10만 개가 존재하며
02:12
In a cubic큐빅의 millimeter밀리미터 of your brain,
48
120526
2307
02:14
there are about 100,000 of these neurons뉴런
49
122857
2457
10억 개 이상의 연결고리가 있습니다.
02:17
and maybe a billion십억 of those connections사이.
50
125338
2517
하지만 이보다 더 심합니다.
02:20
But it's worse보다 나쁜.
51
128887
1382
만약 뉴런 하나를 확대할 수 있다면
02:22
So, if you could zoom in to a neuron뉴런,
52
130293
2305
물론 이건 화가의 연출일 뿐이지만요.
02:24
and, of course코스, this is just
our artist's예술가 rendition연주 of it.
53
132622
2750
수천 가지 종류의
생체 분자와 나노기계가
02:27
What you would see are thousands수천
and thousands수천 of kinds종류 of biomolecules생체 분자,
54
135396
4207
02:31
little nanoscale나노 크기의 machines기계들
organized조직 된 in complex복잡한, 3D patterns패턴들,
55
139627
4400
3차원의 복잡한 구조로
된 것을 볼 수 있습니다
나노기계는 전기적인 박동을 만들어내며
02:36
and together함께 they mediate중재하다
those electrical전기 같은 pulses펄스,
56
144051
2628
이때의 화학물질 교환이 뉴런으로 하여금
02:38
those chemical화학 물질 exchanges교환
that allow허용하다 neurons뉴런 to work together함께
57
146703
3937
생각과 감정을 만드는
작용을 하게 합니다.
02:42
to generate일으키다 things like thoughts생각들
and feelings감정 and so forth앞으로.
58
150664
3669
02:46
Now, we don't know how
the neurons뉴런 in the brain are organized조직 된
59
154357
3764
우리는 뇌 속 뉴런들이 어떻게
네트워크를 만들도록
조직되어 있는지 모르고
02:50
to form형태 networks네트워크,
60
158145
1174
어떻게 생체분자들이 뉴런 내부에
02:51
and we don't know how
the biomolecules생체 분자 are organized조직 된
61
159343
2500
02:53
within이내에 neurons뉴런
62
161867
1174
복잡하면서도 정돈된 기계를
만드는지 모르지만
02:55
to form형태 these complex복잡한, organized조직 된 machines기계들.
63
163065
2405
이를 바르게 이해하고자 한다면
새로운 기술이 필요할 것입니다.
02:57
If we really want to understand알다 this,
64
165918
1820
02:59
we're going to need new새로운 technologies기술.
65
167762
1817
앞서 말한 지도를 접할 수 있다면
03:01
But if we could get such이러한 maps지도들,
66
169603
1784
즉, 생물의 분자와 뉴런, 그리고
03:03
if we could look at the organization조직
of molecules분자 and neurons뉴런
67
171411
2943
뉴런 간의 네트워크를 볼 수 있다면
03:06
and neurons뉴런 and networks네트워크,
68
174378
1566
뇌가 어떻게 감각기관으로부터
정보를 획득하고
03:07
maybe we could really understand알다
how the brain conducts지휘하다 information정보
69
175968
3437
03:11
from sensory감각 regions지역들,
70
179429
1167
감정, 느낌과 함께 섞어
03:12
mixes믹스 it with emotion감정 and feeling감각,
71
180620
1736
판단하고 행동하는지
이해하게 될 겁니다.
03:14
and generates생성하다 our decisions결정들 and actions행위.
72
182380
2394
아마 뇌 질환을 일으키는
03:17
Maybe we could pinpoint핀 끝 the exact정확한 set세트
of molecular분자 changes변화들 that occur나오다
73
185131
3789
분자 변화를 짚어낼 수도 있을 겁니다.
03:20
in a brain disorder무질서.
74
188944
1202
분자 간 변화를 짚어내는 순간부터
03:22
And once일단 we know how
those molecules분자 have changed변경된,
75
190170
2822
즉, 분자의 수량 변화나
패턴 변화를 알아내고부터는
03:25
whether인지 어떤지 they've그들은 increased증가한 in number번호
or changed변경된 in pattern무늬,
76
193016
2780
그것을 표적으로 신약을 만들어내고
03:27
we could use those
as targets표적 for new새로운 drugs약제,
77
195820
2939
뇌에 에너지를 공급하는 방법을 알아내어
03:30
for new새로운 ways of delivering배달
energy에너지 into the brain
78
198783
2271
뇌 질환으로부터 고통받는 이들의
03:33
in order주문 to repair수리 the brain
computations계산 that are afflicted괴로워하는
79
201078
3880
뇌를 치료할 수 있을 것입니다.
03:36
in patients환자 who suffer참다
from brain disorders장애.
80
204982
2299
03:39
We've우리는 all seen lots of different다른
technologies기술 over the last century세기
81
207793
3243
지난 한 세기 동안 우리는
이러한 문제를 대면할
기술들을 보아왔습니다.
03:43
to try to confront대치하다 this.
82
211060
1166
모두가 한 번쯤은 MRI로 찍힌
03:44
I think we've우리는 all seen brain scans스캔
83
212250
1880
뇌 사진을 본 적이 있다고 생각합니다.
03:46
taken취한 using~을 사용하여 MRIMRI machines기계들.
84
214154
2034
이러한 기술은 큰 힘을 갖는데요.
03:48
These, of course코스, have the great power
that they are noninvasive비 침습적,
85
216212
3347
수술없이 인간에게
쓰일 수 있기 때문입니다.
03:51
they can be used on living생활 human인간의 subjects과목들.
86
219583
2355
하지만 이는 공간적으로 조잡합니다.
03:54
But also또한, they're spatially공간적으로 crude조잡한.
87
222407
2231
여기서 볼 수 있는 덩어리
03:56
Each마다 of these blobs얼룩 that you see,
or voxels복셀, as they're called전화 한,
88
224662
2990
'화소'들은
수백만 개의 뉴런을
담아낼 수 있습니다.
03:59
can contain있다 millions수백만
and millions수백만 of neurons뉴런.
89
227676
2689
아직 정확한 분자 변화나
연결 구조를 밝혀 내지는 못했기에
04:02
So it's not at the level수평 of resolution해결
90
230389
1850
04:04
where it can pinpoint핀 끝
the molecular분자 changes변화들 that occur나오다
91
232263
2538
04:06
or the changes변화들 in the wiring배선
of these networks네트워크
92
234825
2286
우리가 의식을 갖고 힘있는 존재로
사는 원리 또한 모릅니다.
04:09
that contributes기여하다 to our ability능력
to be conscious의식이있는 and powerful강한 beings존재들.
93
237135
3946
한편으로는 현미경이 있는데요.
04:13
At the other extreme극단,
you have microscopes현미경.
94
241797
3181
빛을 이용해 작은 것을
관찰하는 현미경은
04:17
Microscopes현미경, of course코스, will use light
to look at little tiny작은 things.
95
245002
3295
수 세기동안 박테리아 등의
관찰에 쓰였고
04:20
For centuries세기, they've그들은 been used
to look at things like bacteria박테리아.
96
248321
3075
신경과학에서의 현미경은
04:23
For neuroscience신경 과학,
97
251420
1151
04:24
microscopes현미경 are actually사실은 how neurons뉴런
were discovered발견 된 in the first place장소,
98
252595
3412
뉴런을 처음으로
발견하게 한 장본인입니다.
약 130여년 전에요.
04:28
about 130 years연령 ago...전에.
99
256031
1292
하지만 현미경의 빛에는
근본적인 한계가 있습니다.
04:29
But light is fundamentally근본적으로 limited제한된.
100
257347
2318
보통의 현미경으로는
개별 분자를 관찰할 수 없으며
04:31
You can't see individual개인 molecules분자
with a regular정규병 old늙은 microscope현미경.
101
259689
3298
미세한 연결고리는
더더욱 볼 수 없습니다.
04:35
You can't look at these tiny작은 connections사이.
102
263011
2152
04:37
So if we want to make our ability능력
to see the brain more powerful강한,
103
265187
3942
그래서 뇌를 관찰하는 능력을 향상하고
뇌의 구조와 진실에
가까이 가기 위해서는
04:41
to get down to the ground바닥 truth진실 structure구조,
104
269153
2168
더욱 진보된 기술이 필요합니다.
04:43
we're going to need to have
even better technologies기술.
105
271345
3280
제 팀은 몇 년전 이렇게 생각했습니다.
04:47
My group그룹, a couple years연령 ago...전에,
started시작한 thinking생각:
106
275611
2224
'왜 우리는 반대로 하지 않을까?'
04:49
Why don't we do the opposite반대말?
107
277859
1412
뇌를 확대해 관찰하는 것이 어렵다면
04:51
If it's so darn꿰매다 complicated복잡한
to zoom in to the brain,
108
279295
2461
왜 뇌 자체를 확대하지 않는 것일까요?
04:53
why can't we make the brain bigger더 큰?
109
281780
1943
이 아이디어는 제 팀에
속한 두 대학원생
04:56
It initially처음에는 started시작한
110
284166
1155
04:57
with two grad졸업생 students재학생 in my group그룹,
Fei황비홍 Chen and Paul TillbergTillberg.
111
285345
2996
페이 첸과 폴 틸버그에 의해 시작되어
현재는 다른 팀원들의
도움을 받고 있습니다.
05:00
Now many많은 others다른 사람 in my group그룹
are helping거들기 with this process방법.
112
288365
2720
저희는 기저귀 속의 성분과
비슷한 중합체를
05:03
We decided결정적인 to try to figure그림 out
if we could take polymers중합체,
113
291109
2762
05:05
like the stuff물건 in the baby아가 diaper기저귀,
114
293895
1629
뇌 속에 물리적으로
심을 계획을 세웠습니다.
05:07
and install설치하다 it physically육체적으로
within이내에 the brain.
115
295548
2006
이 계획이 성공하고
05:09
If we could do it just right,
and you add더하다 water,
116
297578
2241
그 뒤 물을 가한다면 우리 뇌를 부풀려
05:11
you can potentially잠재적으로 blow타격 the brain up
117
299843
1835
생체분자를 식별할 만큼의 크기로
만들 수 있을 겁니다.
05:13
to where you could distinguish드러내다
those tiny작은 biomolecules생체 분자 from each마다 other.
118
301702
3377
뇌 속 연결고리를 관찰하고
05:17
You would see those connections사이
and get maps지도들 of the brain.
119
305103
2870
뇌 지도를 만들어내는 겁니다.
충분히 극적인 장면이죠.
05:19
This could potentially잠재적으로 be quite아주 dramatic극적인.
120
307997
1988
작은 시범을 하나 보여드리겠습니다.
05:22
We brought가져온 a little demo데모 here.
121
310009
3008
정화된 기저귀 재료가 조금 있는데요.
05:25
We got some purified정제 된 baby아가 diaper기저귀 material자료.
122
313538
2575
이때 기저귀에 발생할 수 있는
05:28
It's much easier더 쉬운
just to buy사다 it off the Internet인터넷
123
316137
2274
여러 가지 성분을 제거하기보다는
05:30
than to extract추출물 the few조금 grains작살
that actually사실은 occur나오다 in these diapers기저귀.
124
318435
3475
인터넷에서 사는 게 더 쉬울 거예요.
이제 여기에 티스푼 하나 정도의
05:33
I'm going to put just one teaspoon티스푼 here
125
321934
2225
정화된 중합체를 가하고
05:36
of this purified정제 된 polymer중합체.
126
324706
1794
물을 부으면 됩니다.
05:39
And here we have some water.
127
327270
2152
우리가 지금부터 할 일은
05:41
What we're going to do
128
329446
1162
05:42
is see if this teaspoon티스푼
of the baby아가 diaper기저귀 material자료
129
330632
3011
이 한 티스푼의 기저귀 성분이
커질 수 있는지를 보는 것입니다.
05:45
can increase증가하다 in size크기.
130
333667
1709
여러분은 이 소재의 부피가
05:48
You're going to see it increase증가하다 in volume음량
by about a thousandfold천 배
131
336687
3696
천 배 가량 증가하는 것을
직접 보실 수 있을 겁니다.
05:52
before your very eyes.
132
340407
1286
이걸 더 많이 부어 볼 수도 있지만
06:01
I could pour붓다 much more of this in there,
133
349597
1972
여러분이 이 분자를 벌써
잘 이해하신 것 같습니다.
06:03
but I think you've got the idea생각
134
351593
1558
흥미로운 분자라는 것과
06:05
that this is a very,
very interesting재미있는 molecule분자,
135
353175
2502
알맞게 쓰일 경우
06:07
and if can use it in the right way,
136
355701
1912
지난 기술로는 할 수 없었던 방법으로
06:09
we might be able할 수 있는
to really zoom in on the brain
137
357637
2321
뇌를 확대할 수 있다는 것을 말입니다.
06:11
in a way that you can't do
with past과거 technologies기술.
138
359982
2594
자, 이제 약간의 화학을
설명하겠습니다.
06:15
OK. So a little bit비트 of chemistry화학 now.
139
363227
2054
기저귀 중합체 안에서
과연 무슨 일이 일어난 걸까요?
06:17
What's going on
in the baby아가 diaper기저귀 polymer중합체?
140
365305
2442
확대해보면
06:19
If you could zoom in,
141
367771
1676
화면과 같은 장면을
보실 수 있을 겁니다.
06:21
it might look something like
what you see on the screen화면.
142
369471
2673
중합체란 사슬 형태의 원자들이
06:24
Polymers중합체 are chains쇠사슬 of atoms원자
arranged배열 된 in long, thin얇은 lines윤곽.
143
372168
4492
길고 가는 줄로 배열된 것을 말합니다
각각의 사슬은 매우 작은데요.
06:28
The chains쇠사슬 are very tiny작은,
144
376684
1367
생체 분자 하나의 너비와 비슷합니다.
06:30
about the width of a biomolecule생체 분자,
145
378075
1864
중합체의 밀도 또한 매우 높습니다.
06:31
and these polymers중합체 are really dense밀집한.
146
379963
1747
서로로부터 생체 분자 하나의
거리를 두고 떨어져 있죠.
06:33
They're separated분리 된 by distances거리
147
381734
1500
06:35
that are around the size크기 of a biomolecule생체 분자.
148
383258
2252
이는 긍정적인데요.
06:37
This is very good
149
385534
1165
뇌 속 물질들을 떨어뜨려
놓을 수 있기 때문입니다.
06:38
because we could potentially잠재적으로
move움직임 everything apart떨어져서 in the brain.
150
386723
3041
이때 물을 가하면
06:41
If we add더하다 water, what will happen우연히 있다 is,
151
389788
1848
부풀어오르는 소재가 물을 흡수하고
06:43
this swellable팽윤성 material자료
is going to absorb없애다 the water,
152
391660
2515
사슬들이 서로로부터 떨어져나가
06:46
the polymer중합체 chains쇠사슬 will move움직임
apart떨어져서 from each마다 other,
153
394199
2400
소재의 부피가 증가하게 됩니다.
06:48
and the entire완전한 material자료
is going to become지다 bigger더 큰.
154
396623
2634
이 사슬들이 미세하고
06:51
And because these chains쇠사슬 are so tiny작은
155
399615
1814
생체 분자 단위로 떨어져있기 때문에
06:53
and spaced이격 된 by biomolecular생체 분자 distances거리,
156
401453
2205
뇌를 관찰할 수 있을 정도의 크기로
06:55
we could potentially잠재적으로 blow타격 up the brain
157
403682
2039
부풀릴 수 있는 것입니다.
06:57
and make it big enough충분히 to see.
158
405745
1633
07:00
Here's여기에 the mystery신비, then:
159
408020
1240
여기서 신비로운 것은
07:01
How do we actually사실은 make
these polymer중합체 chains쇠사슬 inside내부 the brain
160
409284
3610
중합체 사슬들을
어떻게 뇌에 삽입하여
분자들을 분리시킬 것인가 입니다.
07:04
so we can move움직임 all the biomolecules생체 분자 apart떨어져서?
161
412918
2239
이것을 할 수 있다면
07:07
If we could do that,
162
415181
1151
가장 근본적이고 진실된
뇌 지도를 만들고
07:08
maybe we could get
ground바닥 truth진실 maps지도들 of the brain.
163
416356
2397
회로 구조와 내부의 분자를
볼 수 있을 것입니다.
07:10
We could look at the wiring배선.
164
418777
1389
07:12
We can peer같은 패 inside내부
and see the molecules분자 within이내에.
165
420190
3157
07:15
To explain설명 this, we made만든 some animations애니메이션
166
423925
2481
설명을 위해 애니메이션을 준비했는데요.
화가에 의해 연출된 것이지만
07:18
where we actually사실은 look
at, in these artist예술가 renderings렌더링,
167
426430
2603
이를 통해 생체 분자들의 모양은 물론
07:21
what biomolecules생체 분자 might look
like and how we might separate갈라진 them.
168
429057
3541
분리방법을 고안해볼 수 있습니다.
가장 처음 해야할 일은
07:24
Step단계 one: what we'd우리는 have
to do, first of all,
169
432622
2549
화면 속 갈색으로 보이는 분자를 모두
07:27
is attach붙이다 every...마다 biomolecule생체 분자,
shown표시된 in brown갈색 here,
170
435195
3389
하나의 닻에 묶는 것입니다.
07:30
to a little anchor, a little handle핸들.
171
438608
2159
우선 분자들을 분리시켜야 하는데요.
07:32
We need to pull손잡이 the molecules분자
of the brain apart떨어져서 from each마다 other,
172
440791
3095
중합체들이 분자와
결합하고 힘을 발휘하게 할
07:35
and to do that, we need
to have a little handle핸들
173
443910
2326
07:38
that allows허락하다 those polymers중합체 to bind묶다 to them
174
446260
2285
닻이 필요하게 됩니다.
07:40
and to exert발휘하다 their그들의 force.
175
448569
1542
기저귀 중합체를 바로 뇌에 투입한다면
07:43
Now, if you just take baby아가 diaper기저귀
polymer중합체 and dump덤프 it on the brain,
176
451278
3161
뇌 표면에 얹혀 있게 될 것입니다.
07:46
obviously명백하게, it's going to sit앉다 there on top상단.
177
454463
2037
그래서 중합체들이
침투하게 해야하는데요.
07:48
So we need to find a way
to make the polymers중합체 inside내부.
178
456524
2528
여기서 우리의 행운을 실감하게 됩니다.
07:51
And this is where we're really lucky운이 좋은.
179
459076
1788
앞서 말했던 '모노머',
즉 단위체를 모아
07:52
It turns회전 out, you can
get the building건물 blocks블록들,
180
460888
2188
07:55
monomers단량체, as they're called전화 한,
181
463100
1372
뇌 속으로 침투하게 하고
07:56
and if you let them go into the brain
182
464496
1784
화학반응을 일으킨다면
07:58
and then trigger방아쇠 the chemical화학 물질 reactions반응들,
183
466304
2036
단위체가 뇌 조직 안에서
08:00
you can get them to form형태
those long chains쇠사슬,
184
468364
2702
사슬 형태로 조직되게 할 수 있습니다.
08:03
right there inside내부 the brain tissue조직.
185
471090
1798
이 사슬들은 생체분자 주위는 물론
08:05
They're going to wind바람 their그들의 way
around biomolecules생체 분자
186
473325
2397
그 사이에 들어가
08:07
and between중에서 biomolecules생체 분자,
187
475746
1221
복잡한 그물구조를 만듦으로써
08:08
forming형성 those complex복잡한 webs
188
476991
1625
생체분자들을 서로로부터
떨어뜨려 놓습니다.
08:10
that will allow허용하다 you, eventually결국,
to pull손잡이 apart떨어져서 the molecules분자
189
478640
2862
08:13
from each마다 other.
190
481526
1175
또 앞서 말한 닻이 가까이 올 때마다
08:14
And every...마다 time one
of those little handles손잡이 is around,
191
482725
3054
중합체는 닻에 연결되어
08:17
the polymer중합체 will bind묶다 to the handle핸들,
and that's exactly정확하게 what we need
192
485803
3350
분자들을 분리시키게 될 것입니다.
08:21
in order주문 to pull손잡이 the molecules분자
apart떨어져서 from each마다 other.
193
489177
2531
08:23
All right, the moment순간 of truth진실.
194
491732
1693
자, 이제 진실을 아실 때가 왔습니다.
이 표본은 화학적 처리를 통해
08:25
We have to treat this specimen표본
195
493449
2148
08:27
with a chemical화학 물질 to kind종류 of loosen늦추다 up
all the molecules분자 from each마다 other,
196
495621
3446
분자 간 연결이 느슨해질 것이고
물을 가할 때 부풀어오르는 소재는
08:31
and then, when we add더하다 water,
197
499091
1836
08:32
that swellable팽윤성 material자료 is going
to start스타트 absorbing흡수하는 the water,
198
500951
2953
물을 흡수하게 될 것입니다.
중합체 사슬은 멀어질테지만
08:35
the polymer중합체 chains쇠사슬 will move움직임 apart떨어져서,
199
503928
1703
생체분자들이 따라오게 됩니다.
08:37
but now, the biomolecules생체 분자
will come along...을 따라서 for the ride타기.
200
505655
2722
그리고 풍선에 그림을 그리고
08:40
And much like drawing그림
a picture그림 on a balloon풍선,
201
508401
2164
풍선을 부풀릴 때처럼
08:42
and then you blow타격 up the balloon풍선,
202
510589
1587
이미지는 그대로 남게 되지만
08:44
the image영상 is the same같은,
203
512200
1290
잉크 입자들은 서로 떨어지게 됩니다.
08:45
but the ink잉크 particles입자 have moved움직이는
away from each마다 other.
204
513514
2548
이것이 우리가 3차원의
단계에서 해낸 일입니다.
08:48
And that's what we've우리는 been able할 수 있는
to do now, but in three dimensions치수.
205
516086
3467
이제 마지막 단계가 남았는데요.
08:51
There's one last trick장난.
206
519577
1999
여기서 보실 수 있듯이
08:53
As you can see here,
207
521600
1218
생체분자들은 갈색으로 칠해져 있습니다.
08:54
we've우리는 color-coded색으로 구분 된
all the biomolecules생체 분자 brown갈색.
208
522842
2109
이들이 모두 비슷하게
생겼기 때문인데요.
08:56
That's because they all
kind종류 of look the same같은.
209
524975
2170
분자들은 동일한 원자들로 구성되지만
08:59
Biomolecules생체 분자 are made만든
out of the same같은 atoms원자,
210
527169
2105
다른 구조로 배열되어 있습니다.
09:01
but just in different다른 orders명령.
211
529298
2240
그래서 분자가 잘 보이게 하기 위해
09:03
So we need one last thing
212
531562
1500
마지막 한 단계가 더 필요합니다.
09:05
in order주문 to make them visible명백한.
213
533086
1695
빛이 나는 염색약으로 칠해진
09:06
We have to bring가져오다 in little tags태그들,
214
534805
1579
꼬리표를 부착해 구별하는 겁니다.
09:08
with glowing빛나는 dyes염료
that will distinguish드러내다 them.
215
536408
3019
09:11
So one kind종류 of biomolecule생체 분자
might get a blue푸른 color색깔.
216
539451
2673
예를 들면, 한 종류의 생체분자는 파란색
또 다른 종류는 빨간색
09:14
Another다른 kind종류 of biomolecule생체 분자
might get a red빨간 color색깔.
217
542148
2351
이런 식으로요.
09:16
And so forth앞으로.
218
544523
1276
이게 바로 마지막 한 단계인데요.
09:17
And that's the final결정적인 step단계.
219
545823
1552
이를 통해 뇌를 보고
09:19
Now we can look at something like a brain
220
547399
2278
낱개의 분자를 관찰하게 되었습니다.
09:21
and look at the individual개인 molecules분자,
221
549701
1796
분자들을 구분이 가능할 만큼
09:23
because we've우리는 moved움직이는 them
far멀리 apart떨어져서 enough충분히 from each마다 other
222
551521
2707
떨어뜨려 놓았기 때문이죠.
09:26
that we can tell them apart떨어져서.
223
554252
1698
제 소망은 눈에 보이지
않는 것을 보이게 하는 겁니다.
09:27
So the hope기대 here is that
we can make the invisible보이지 않는 visible명백한.
224
555974
2834
작고 애매하게 보이는 것을 확대하여
09:30
We can turn회전 things that might seem보다
small작은 and obscure모호
225
558832
2566
09:33
and blow타격 them up
226
561422
1151
생명에 대한 정보의 원천이
되게 하는 것입니다.
09:34
until...까지 they're like constellations별자리
of information정보 about life.
227
562597
3177
실제 실험을 담은 영상을 보시죠.
09:37
Here's여기에 an actual실제의 video비디오
of what it might look like.
228
565798
2375
작은 뇌를 접시에 얹고
09:40
We have here a little brain in a dish요리 --
229
568197
2371
사실, 뇌의 작은 조각인데요.
09:42
a little piece조각 of a brain, actually사실은.
230
570592
1747
중합체를 침투시키는 단계를 지나
09:44
We've우리는 infused주입 된 the polymer중합체 in,
231
572363
1596
물을 가하는 단계에 이르렀습니다.
09:45
and now we're adding첨가 water.
232
573983
1467
여러분은 이제 두 눈으로
09:47
What you'll see is that,
right before your eyes --
233
575474
2358
60배속의 이 영상 속에서
09:49
this video비디오 is sped속도가 빠른 up about sixtyfold육십 배의 --
234
577856
1923
뇌 조직이 커지는 것을
보실 수 있을 것입니다.
09:51
this little piece조각 of brain tissue조직
is going to grow자라다.
235
579803
2725
부피가 100배 이상 확대되는데요.
09:54
It can increase증가하다 by a hundredfold백배
or even more in volume음량.
236
582552
3180
주목할만한 점은
09:57
And the cool시원한 part부품 is, because
those polymers중합체 are so tiny작은,
237
585756
2949
중합체들이 너무나도 작기 때문에
생체분자들은 일정한 거리를 두고
떨어지게 된다는 점입니다.
10:00
we're separating분리 biomolecules생체 분자
evenly고르게 from each마다 other.
238
588729
2559
매끄러운 확장이죠.
10:03
It's a smooth부드러운 expansion확장.
239
591312
1658
뇌의 정보는 하나도 유실되지 않은 채
10:04
We're not losing지는 the configuration구성
of the information정보.
240
592994
2687
크기만 커져 관찰이 용이해지는 겁니다.
10:07
We're just making만들기 it easier더 쉬운 to see.
241
595705
2700
10:11
So now we can take
actual실제의 brain circuitry회로 --
242
599333
2176
이제 실제 뇌의 회로를 볼 수 있습니다
예를 들어, 기억에 관여하는
뇌 조직이 있다면
10:13
here's여기에 a piece조각 of the brain
involved뒤얽힌 with, for example, memory기억 --
243
601533
3134
바로 확대가 가능한 것인데요.
10:16
and we can zoom in.
244
604691
1263
이를 통해 실제 회로의
구성을 알 수 있습니다.
10:17
We can start스타트 to actually사실은 look at
how circuits회로들 are configured구성된.
245
605978
2890
언젠가 기억을
읽을 수 있는 날도 오겠죠.
10:20
Maybe someday언젠가 we could read독서 out a memory기억.
246
608892
1968
또 아마 뇌의 회로가 어떻게
10:22
Maybe we could actually사실은 look
at how circuits회로들 are configured구성된
247
610884
2779
감정을 느끼도록 되어있는지
10:25
to process방법 emotions감정,
248
613687
1152
각각의 회로 연결이 어떻게
10:26
how the actual실제의 wiring배선
of our brain is organized조직 된
249
614863
2922
우리 자신의 모습을 구성하는지요.
10:29
in order주문 to make us who we are.
250
617809
2567
또 한 가지 희망사항은
10:32
And of course코스, we can pinpoint핀 끝, hopefully희망을 갖고,
251
620400
2047
분자단위의 뇌 문제를
짚어내는 것입니다.
10:34
the actual실제의 problems문제들 in the brain
at a molecular분자 level수평.
252
622471
3159
예를 들어, 실제 뇌세포를
들여다 본다면 어떨까요.
10:37
What if we could actually사실은
look into cells세포들 in the brain
253
625654
2569
'여기 이 17개의 분자가
뇌조직의 부정적 변화
10:40
and figure그림 out, wow와우, here are the 17
molecules분자 that have altered변경된
254
628247
3083
10:43
in this brain tissue조직 that has been
undergoing겪고있는 epilepsy간질
255
631354
3455
간질이나 파킨슨병 등에
10:46
or changing작고 보기 흉한 사람 in Parkinson's파킨슨 병 disease질병
256
634833
1650
관여하고 있어" 와 같은 정보를
알아낼 수 있다면요.
10:48
or otherwise그렇지 않으면 being존재 altered변경된?
257
636507
1517
뇌 내부에서 오작동한 구조들의
10:50
If we get that systematic체계적인 list명부
of things that are going wrong잘못된,
258
638048
3043
목록을 만들어낼 수 있다면
치료의 목표로 삼아
10:53
those become지다 our therapeutic학의 targets표적.
259
641115
2199
알맞은 약을 조제할 수 있을 것이고
10:55
We can build짓다 drugs약제 that bind묶다 those.
260
643338
1677
뇌의 각 부분에 에너지를 조준하여
10:57
We can maybe aim목표 energy에너지
at different다른 parts부분품 of the brain
261
645039
2627
파킨슨병이나 간질처럼
10:59
in order주문 to help people
with Parkinson's파킨슨 병 or epilepsy간질
262
647690
2687
전세계 수많은 사람들에 영향을 미치는
11:02
or other conditions정황 that affect감정
over a billion십억 people
263
650401
2551
질환의 치료법을 밝힐 수 있을 겁니다
11:04
around the world세계.
264
652976
1213
우리 주위에는 흥미로운
일들이 일어나고 있습니다.
11:07
Now, something interesting재미있는
has been happening사고.
265
655246
2206
확대의 방식이 도움을 줄 수 있을
11:09
It turns회전 out that throughout전역 biomedicine생물 의약,
266
657476
2705
생물의약적 문제들이 나타난 것이죠.
11:12
there are other problems문제들
that expansion확장 might help with.
267
660205
2666
이는 실제 유방암 환자의
생체검사 결과로부터 도출된 것인데요.
11:14
This is an actual실제의 biopsy생검
from a human인간의 breast유방 cancer patient환자.
268
662895
3234
암세포들을 관찰하거나
11:18
It turns회전 out that if you look at cancers,
269
666505
2188
면역시스템
11:20
if you look at the immune면역 system체계,
270
668717
1611
노화, 발달 등을 들여다 본다면
11:22
if you look at aging노화,
if you look at development개발 --
271
670352
2513
이 모든 과정들은
11:24
all these processes프로세스들 are involving관련
large-scale대규모 biological생물학의 systems시스템.
272
672889
4497
하나의 생체시스템에 속해
작동하고 있음에도
문제점은 작은 나노 규모의 분자들
11:29
But of course코스, the problems문제들 begin시작하다
with those little nanoscale나노 크기의 molecules분자,
273
677410
4024
인체의 세포와 기관을 작동시키는
소기계들로부터 시작되는 것입니다.
11:33
the machines기계들 that make the cells세포들
and the organs장기 in our body신체 tick진드기.
274
681458
3869
우리가 알아내고자 하는 것은
11:37
So what we're trying견딜 수 없는
to do now is to figure그림 out
275
685351
2222
이러한 기술로 생명의
단위체를 지도화하여
11:39
if we can actually사실은 use this technology과학 기술
to map지도 the building건물 blocks블록들 of life
276
687597
3466
치료에 적용할 수 있는가 입니다.
11:43
in a wide넓은 variety종류 of diseases질병.
277
691087
1745
종양이 발생할 때의
분자 변화를 짚어내어
11:44
Can we actually사실은 pinpoint핀 끝
the molecular분자 changes변화들 in a tumor종양
278
692856
2896
보다 효과적으로 종양을 쫓고
11:47
so that we can actually사실은
go after it in a smart똑똑한 way
279
695776
2369
제거하려는 세포만 제거할
약을 만들어 낼 수 있을까요?
11:50
and deliver배달 drugs약제 that might wipe닦음 out
exactly정확하게 the cells세포들 that we want to?
280
698169
3944
약을 만드는 대부분의 과정에는
11:54
You know, a lot of medicine의학
is very high높은 risk위험.
281
702137
2335
큰 위험이 따르고
11:56
Sometimes때때로, it's even guesswork어림짐작.
282
704496
1782
가끔은 추리력이 필요하기도 합니다.
제 소원은
11:58
My hope기대 is we can actually사실은 turn회전
what might be a high-risk위험 moon shot
283
706626
3875
이처럼 여태껏 큰 위험을 갖던 분야를
보다 의지할 만한 것으로
만드는 것입니다.
12:02
into something that's more reliable신뢰할 수있는.
284
710525
1769
실제 달 착륙
12:04
If you think about the original실물 moon shot,
285
712318
2055
즉, 달에 도착한 과정을 생각하면
12:06
where they actually사실은 landed착륙 on the moon,
286
714397
1898
모든 과정이 과학을 바탕으로 했습니다.
12:08
it was based기반 on solid고체 science과학.
287
716319
1444
우리는 중력을 이해했고
12:09
We understood이해 된 gravity중량;
288
717787
1603
공기역학을 터득했으며
12:11
we understood이해 된 aerodynamics공기 역학.
289
719414
1341
로켓을 만드는 방법을 알아냈습니다.
12:12
We knew알고 있었다 how to build짓다 rockets로켓.
290
720779
1395
과학적 위험은
통제 범위에 있었던 것이죠.
12:14
The science과학 risk위험 was under아래에 control제어.
291
722198
2468
공학 역사에 길이 남을 위업이었습니다.
12:16
It was still a great, great
feat위업 of engineering공학.
292
724690
2753
하지만 의학에서 우리에게는
12:19
But in medicine의학, we don't
necessarily필연적으로 have all the laws법률.
293
727467
2645
그만큼의 정보가 없습니다.
중력에 해당하는 법칙이 없고
12:22
Do we have all the laws법률
that are analogous유사한 to gravity중량,
294
730136
3109
공기역학과 비등하게 쓰일
정보가 없습니다.
12:25
that are analogous유사한 to aerodynamics공기 역학?
295
733269
2344
저는 제가 오늘 언급한 기술들이
12:27
I would argue논하다 that with technologies기술
296
735637
1730
12:29
like the kinds종류 I'm talking말하는 about today오늘,
297
737391
1872
의학의 필수 정보를
유도해내리라 믿습니다
12:31
maybe we can actually사실은 derive파생하다 those.
298
739287
1693
생물시스템에 나타나는 패턴들을 기록해
12:33
We can map지도 the patterns패턴들
that occur나오다 in living생활 systems시스템,
299
741004
2857
우리를 괴롭혀온 질병들을
12:35
and figure그림 out how to overcome이기다
the diseases질병 that plague역병 us.
300
743885
4558
이겨낼 방법을 찾을 수 있을 것입니다.
제 아내와 저는 두 명의 자녀가 있는데
12:41
You know, my wife아내 and I
have two young어린 kids아이들,
301
749499
2079
생명공학자로서 저의 꿈은
12:43
and one of my hopes희망하다 as a bioengineer생체 공학자
is to make life better for them
302
751602
3234
그들에게 현재 우리의 삶보다
더 나은 삶을 주는 것입니다.
12:46
than it currently현재 is for us.
303
754860
1729
제 소망은, 생물학과 의학이 더 이상
12:48
And my hope기대 is, if we can
turn회전 biology생물학 and medicine의학
304
756613
3730
운과 기회에 의해
좌지우지되는 분야가 아닌
12:52
from these high-risk위험 endeavors노력
that are governed통치되는 by chance기회 and luck,
305
760367
4357
실력과 노력으로 성공을
이뤄내는 분야로 만들고 싶습니다.
12:56
and make them things
that we win승리 by skill기술 and hard단단한 work,
306
764748
3927
그것만으로도 큰 발전이
되리라고 믿습니다.
13:00
then that would be a great advance전진.
307
768699
1898
13:02
Thank you very much.
308
770621
1206
대단히 감사합니다.
13:03
(Applause박수 갈채)
309
771851
10383
(박수)
Translated by Gayun Kim
Reviewed by Jihyeon J. Kim

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ABOUT THE SPEAKER
Ed Boyden - Neuroengineer
Ed Boyden is a professor of biological engineering and brain and cognitive sciences at the MIT Media Lab and the MIT McGovern Institute.

Why you should listen

Ed Boyden leads the Synthetic Neurobiology Group, which develops tools for analyzing and repairing complex biological systems such as the brain. His group applies these tools in a systematic way in order to reveal ground truth scientific understandings of biological systems, which in turn reveal radical new approaches for curing diseases and repairing disabilities. These technologies include expansion microscopy, which enables complex biological systems to be imaged with nanoscale precision, and optogenetic tools, which enable the activation and silencing of neural activity with light (TED Talk: A light switch for neurons). Boyden also co-directs the MIT Center for Neurobiological Engineering, which aims to develop new tools to accelerate neuroscience progress.

Amongst other recognitions, Boyden has received the Breakthrough Prize in Life Sciences (2016), the BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award (2015), the Carnegie Prize in Mind and Brain Sciences (2015), the Jacob Heskel Gabbay Award (2013), the Grete Lundbeck Brain Prize (2013) and the NIH Director's Pioneer Award (2013). He was also named to the World Economic Forum Young Scientist list (2013) and the Technology Review World's "Top 35 Innovators under Age 35" list (2006). His group has hosted hundreds of visitors to learn how to use new biotechnologies and spun out several companies to bring inventions out of his lab and into the world. Boyden received his Ph.D. in neurosciences from Stanford University as a Hertz Fellow, where he discovered that the molecular mechanisms used to store a memory are determined by the content to be learned. Before that, he received three degrees in electrical engineering, computer science and physics from MIT. He has contributed to over 300 peer-reviewed papers, current or pending patents and articles, and he has given over 300 invited talks on his group's work.

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