ABOUT THE SPEAKER
Allan Jones - Brain scientist
As CEO of the Allen Institute for Brain Science, Allan Jones leads an ambitious project to build an open, online, interactive atlas of the human brain.

Why you should listen

The Allen Institute for Brain Science -- based in Seattle, kickstarted by Microsoft co-founder Paul Allen -- has a mission to fuel discoveries about the human brain by building tools the entire scientific community can use. As CEO, one of Allan Jones' first projects was to lead the drive to create a comprehensive atlas of the brain of a mouse. Flash forward to April 2011, when the Allen Institute announced the first milestone in its online interactive atlas of the human brain, showing the activity of the more than 20,000 human genes it contains. It's based on a composite of 15 brains, since every human brain is unique.

Think of the Allen Human Brain Atlas as a high-tech bridge between brain anatomy and genetics. Using this atlas, scientists will be able to determine where in the brain genes that encode specific proteins are active, including proteins that are affected by medication. Or researchers could zoom in on brain structures thought to be altered in mental disorders such as schizophrenia to find their molecular footprint. The atlas may provide clues to memory, attention, motor coordination, hunger, and perhaps emotions such as happiness or anxiety.

He says: "Understanding how our genes are used in our brains will help scientists and the medical community better understand and discover new treatments for the full spectrum of brain diseases and disorders."

Watch Dr. Jones' latest TEDx talk on the map of the brain, from TEDxCaltech 2013 >>

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Allan Jones | Speaker | TED.com
TEDGlobal 2011

Allan Jones: A map of the brain

Allan Jones談大腦解析圖

Filmed:
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我們該從何瞭解腦袋如何運作的呢?就跟我們瞭解一個城市一樣:繪製一張地圖。在這個震撼的講座中,Allan Jones解釋他的團隊如何繪製腦中每個小區域中的基因表現及它們是如何連結的。
- Brain scientist
As CEO of the Allen Institute for Brain Science, Allan Jones leads an ambitious project to build an open, online, interactive atlas of the human brain. Full bio

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Humans人類 have long held保持 a fascination魅力
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人類長久以來對人腦
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for the human人的 brain.
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感到著迷。
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We chart圖表 it, we've我們已經 described描述 it,
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我們試圖繪製它、解釋它、
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we've我們已經 drawn it,
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我們已經將它畫出來、
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we've我們已經 mapped映射 it.
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已經繪製了它。
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Now just like the physical物理 maps地圖 of our world世界
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就像是真實事件的地圖一樣,
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that have been highly高度 influenced影響 by technology技術 --
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繪製腦袋圖也受科技影響很深--
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think Google谷歌 Maps地圖,
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像是谷哥地圖,
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think GPS全球定位系統 --
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像是衛星定位--
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the same相同 thing is happening事件 for brain mapping製圖
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同樣的事情在繪製腦袋圖時
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through通過 transformation轉型.
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也同樣在發生。
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So let's take a look at the brain.
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所以讓我們來瞭解一下腦袋。
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Most people, when they first look at a fresh新鮮 human人的 brain,
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很多人,當他們第一次看到人腦的時候
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they say, "It doesn't look what you're typically一般 looking at
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會說:「這不是一般人家給你看腦的時候
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when someone有人 shows節目 you a brain."
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會看到的東西。」
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Typically通常, what you're looking at is a fixed固定 brain. It's gray灰色.
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大部份時候你會看到的是已經固定的腦。是灰色的。
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And this outer layer, this is the vasculature血管,
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這外面的這一層,這是微血管,
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which哪一個 is incredible難以置信, around a human人的 brain.
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圍繞在腦袋邊緣, 非常驚人。
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This is the blood血液 vessels船隻.
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這些是血管。
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20 percent百分 of the oxygen
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3000
從肺中得到的
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coming未來 from your lungs,
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是百分之二十的氧氣、
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20 percent百分 of the blood血液 pumped from your heart,
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百分之二十從你的心臟中泵出來的血液,
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is servicing服務 this one organ器官.
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都是供應給這個器官。
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That's basically基本上, if you hold保持 two fists拳頭 together一起,
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簡單的說, 如果你把你的兩個拳頭放在一起,
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it's just slightly larger than the two fists拳頭.
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它僅僅比這兩個拳頭大一點點而已。
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Scientists科學家們, sort分類 of at the end結束 of the 20th century世紀,
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科學家在二十世紀末時
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learned學到了 that they could track跟踪 blood血液 flow
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學到如何利用非侵入性的手法
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to map地圖 non-invasively非侵入性
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追蹤血液流向
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where activity活動 was going on in the human人的 brain.
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來瞭解人腦正在工作的區域。
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So for example, they can see in the back part部分 of the brain,
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舉例來說,他們可以從腦部背後
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which哪一個 is just turning車削 around there.
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這樣追蹤來到這裡。
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There's the cerebellum小腦; that's keeping保持 you upright直立 right now.
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這是小腦,就是讓你現在保持著頭上腳下姿勢的東西。
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It's keeping保持 me standing常設. It's involved參與 in coordinated協調 movement運動.
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76000
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它跟協調性動作有關,讓我現在可以站著。
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On the side here, this is temporal cortex皮質.
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在這裡是顳葉皮層。
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This is the area where primary auditory聽覺 processing處理 --
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3000
這裡跟聽覺處理有關:
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so you're hearing聽力 my words,
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85000
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就是說你現在正在聽我講話,
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you're sending發出 it up into higher更高 language語言 processing處理 centers中心.
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你把這個資訊送到語言處理中心。
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Towards the front面前 of the brain
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在腦的前面
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is the place地點 in which哪一個 all of the more complex複雜 thought, decision決定 making製造 --
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3000
是這個更複雜、跟做決定有關的東西。
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it's the last to mature成熟 in late晚了 adulthood成年.
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94000
4000
它是最晚成熟的部位,直到成年時期才發育完成。
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This is where all your decision-making做決定 processes流程 are going on.
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這是你腦袋做所有決定的地方。
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It's the place地點 where you're deciding決定 right now
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2000
這是你現在正在決定
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you probably大概 aren't going to order訂購 the steak牛扒 for dinner晚餐.
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3000
你晚上是不是要點牛排當晚餐的地方。
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So if you take a deeper更深 look at the brain,
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2000
所以如果你更進一步地看我們的腦袋,
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one of the things, if you look at it in cross-section橫截面,
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108000
2000
如果你看這個切片圖,
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what you can see
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你會看到
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is that you can't really see a whole整個 lot of structure結構體 there.
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112000
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這邊沒有很多結構。
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But there's actually其實 a lot of structure結構體 there.
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115000
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但事實上這邊是有很多結構的。
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It's cells細胞 and it's wires電線 all wired有線 together一起.
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2000
這些是細胞被串聯在一起。
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So about a hundred years年份 ago,
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119000
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大概在一百年前,
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some scientists科學家們 invented發明 a stain弄髒 that would stain弄髒 cells細胞.
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121000
2000
一些科學家發明了一個可以染細胞的染劑。
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And that's shown顯示 here in the the very light blue藍色.
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3000
在這裡可以看到淡淡的藍色。
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You can see areas
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2000
你可以看到有些區域
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where neuronal神經元 cell細胞 bodies身體 are being存在 stained染色.
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2000
有著被染色的細胞。
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And what you can see is it's very non-uniform非均勻. You see a lot more structure結構體 there.
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3000
但你也可以看到它並不規律。你可以看到更多的結構。
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So the outer part部分 of that brain
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2000
在腦袋的外層
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is the neocortex新皮層.
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135000
2000
是大腦皮層。
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It's one continuous連續 processing處理 unit單元, if you will.
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137000
3000
你可以說它是一個連續的單位。
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But you can also see things underneath there as well.
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140000
2000
但你也可以看到在它下面還有很多其他的結構。
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And all of these blank空白 areas
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142000
2000
而這些空白的區域
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are the areas in which哪一個 the wires電線 are running賽跑 through通過.
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144000
2000
就是連接網絡經過的地方。
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They're probably大概 less cell細胞 dense稠密.
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146000
2000
這些區域的細胞密度有可能比較低。
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So there's about 86 billion十億 neurons神經元 in our brain.
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148000
4000
所以我們腦袋中有86億個神經元。
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And as you can see, they're very non-uniformly非均勻地 distributed分散式.
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3000
而且就像你們看到的,他們沒有非常規律地分佈。
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And how they're distributed分散式 really contributes有助於
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2000
而他們如何分佈的
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to their underlying底層 function功能.
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157000
2000
事實上和他們的功能有關。
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And of course課程, as I mentioned提到 before,
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159000
2000
而且就像我之前提到的,
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since以來 we can now start開始 to map地圖 brain function功能,
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161000
3000
因為我們已經開始繪製腦袋功能解析圖了,
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we can start開始 to tie領帶 these into the individual個人 cells細胞.
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164000
3000
我們可以試圖將這些細胞連接起來。
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So let's take a deeper更深 look.
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167000
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讓我們更進一步地觀察。
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Let's look at neurons神經元.
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169000
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讓我們看看這些神經元。
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So as I mentioned提到, there are 86 billion十億 neurons神經元.
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171000
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就像我剛剛說的,我們有86億神經元。
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There are also these smaller cells細胞 as you'll你會 see.
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2000
你們還可以看到還有這些更小的細胞。
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These are support支持 cells細胞 -- astrocytes星形膠質細胞 glia神經膠質.
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175000
2000
這些是支持細胞, 叫作星狀膠細胞。
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And the nerves神經 themselves他們自己
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3000
但接收到訊息的
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are the ones那些 who are receiving接收 input輸入.
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2000
是神經本身。
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They're storing存儲 it, they're processing處理 it.
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182000
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它們將訊息儲存並作處理。
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Each neuron神經元 is connected連接的 via通過 synapses突觸
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4000
每個神經元可經由突觸
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to up to 10,000 other neurons神經元 in your brain.
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188000
3000
連接到最多一萬個其它也在腦部的神經元。
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And each neuron神經元 itself本身
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2000
且每一個神經元
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is largely大部分 unique獨特.
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2000
都有它的獨特性。
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The unique獨特 character字符 of both individual個人 neurons神經元
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單一神經元和
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and neurons神經元 within a collection採集 of the brain
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某些聚在同一區域的神經元的獨特性
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are driven驅動 by fundamental基本的 properties性能
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3000
是源於基本的
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of their underlying底層 biochemistry生物化學.
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2000
生化特性。
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These are proteins蛋白質.
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204000
2000
也就是蛋白質。
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They're proteins蛋白質 that are controlling控制 things like ion離子 channel渠道 movement運動.
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3000
蛋白質控制像是離子通道輸送功能這類的事情。
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They're controlling控制 who nervous緊張 system系統 cells細胞 partner夥伴 up with.
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209000
4000
蛋白質也決定神經系統與什麼東西合作。
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And they're controlling控制
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213000
2000
基本上蛋白質控制了
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basically基本上 everything that the nervous緊張 system系統 has to do.
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215000
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所有與神經系統有關係的東西。
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So if we zoom放大 in to an even deeper更深 level水平,
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217000
3000
所以如果我們更深入地看,
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all of those proteins蛋白質
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220000
2000
這些蛋白質
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are encoded編碼 by our genomes基因組.
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222000
2000
是由我們的基因所決定的。
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We each have 23 pairs of chromosomes染色體.
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224000
3000
我們有23對染色體。
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We get one from mom媽媽, one from dad.
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227000
2000
其中一條來自於母親,另一條來自父親。
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And on these chromosomes染色體
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229000
2000
在這些染色體上,
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are roughly大致 25,000 genes基因.
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231000
2000
大約有25,000個基因。
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They're encoded編碼 in the DNA脫氧核糖核酸.
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233000
2000
這些基因被寫在DNA裡面。
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And the nature性質 of a given特定 cell細胞
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235000
3000
而細胞本質
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driving主動 its underlying底層 biochemistry生物化學
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238000
2000
這些基層的生化組成,
04:15
is dictated決定 by which哪一個 of these 25,000 genes基因
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240000
3000
就是由這25,000個基因
04:18
are turned轉身 on
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243000
2000
來決定何時被啓動
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and at what level水平 they're turned轉身 on.
102
245000
2000
及如何被啓動的。
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And so our project項目
103
247000
2000
所以我們的計畫
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is seeking to look at this readout讀出,
104
249000
3000
就是研究這些結果,
04:27
understanding理解 which哪一個 of these 25,000 genes基因 is turned轉身 on.
105
252000
3000
試圖瞭解這25,000個基因中的哪一些是被啓動的。
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So in order訂購 to undertake承擔 such這樣 a project項目,
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255000
3000
所以要做這樣的實驗,
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we obviously明顯 need brains大腦.
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258000
3000
我們明顯地需要腦袋。
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So we sent發送 our lab實驗室 technician技術員 out.
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261000
3000
所以我們派了實驗室技師
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We were seeking normal正常 human人的 brains大腦.
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264000
2000
來幫我們搜集正常的人腦。
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What we actually其實 start開始 with
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266000
2000
我們從法醫的辦公室
04:43
is a medical examiner's考官的 office辦公室.
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268000
2000
出發。
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This a place地點 where the dead are brought in.
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270000
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這是一個死人會被帶到的地方。
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We are seeking normal正常 human人的 brains大腦.
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272000
2000
我們想要正常的人腦。
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There's a lot of criteria標準 by which哪一個 we're selecting選擇 these brains大腦.
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274000
3000
我們對我們需要的腦袋有很多要求。
04:52
We want to make sure
115
277000
2000
我們需要確定
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that we have normal正常 humans人類 between之間 the ages年齡 of 20 to 60,
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279000
3000
我們得到的腦袋是在20到60歲之間、
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they died死亡 a somewhat有些 natural自然 death死亡
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2000
是自然死的、
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with no injury to the brain,
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284000
2000
沒有任何腦部傷害、
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no history歷史 of psychiatric精神病 disease疾病,
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286000
2000
沒有任何心裡疾病、
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no drugs毒品 on board --
120
288000
2000
沒有長期用藥--
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we do a toxicology毒理學 workup後處理.
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290000
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我們會要做一系列的毒物檢查。
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And we're very careful小心
122
292000
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且我們要非常謹慎地
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about the brains大腦 that we do take.
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294000
2000
對待我們要拿的腦袋。
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We're also selecting選擇 for brains大腦
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296000
2000
我們選擇
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in which哪一個 we can get the tissue組織,
125
298000
2000
可以從中拿到組織的腦袋,
05:15
we can get consent同意 to take the tissue組織
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300000
2000
且我們需要在死亡後24小時內
05:17
within 24 hours小時 of time of death死亡.
127
302000
2000
拿到取組織的許可。
05:19
Because what we're trying to measure測量, the RNARNA --
128
304000
3000
因為我們想要測量的RNA(核糖核酸)
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which哪一個 is the readout讀出 from our genes基因 --
129
307000
2000
代表著各個基因的表現量--
05:24
is very labile不穩定,
130
309000
2000
這是非常不穩定的,
05:26
and so we have to move移動 very quickly很快.
131
311000
2000
所以我們需要很快的速度完成實驗。
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One side note注意 on the collection採集 of brains大腦:
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313000
3000
另外一個值得一提的是:
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because of the way that we collect蒐集,
133
316000
2000
因為我們這樣的做法,
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and because we require要求 consent同意,
134
318000
2000
也就是我們需要得到許可,
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we actually其實 have a lot more male brains大腦 than female brains大腦.
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320000
3000
我們得到的男性腦袋遠多於女性腦袋。
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Males男性 are much more likely容易 to die an accidental偶然 death死亡 in the prime主要 of their life.
136
323000
3000
男性比女性更有可能在壯年時期死於意外事件。
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And men男人 are much more likely容易
137
326000
2000
而且男性比女性
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to have their significant重大 other, spouse伴侶, give consent同意
138
328000
3000
更容易取得他的重要伴侶、另一半的許可
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than the other way around.
139
331000
2000
願意讓我們拿他的腦袋。
05:48
(Laughter笑聲)
140
333000
4000
(笑聲)
05:52
So the first thing that we do at the site現場 of collection採集
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337000
2000
在我們取到樣本後的第一件事情
05:54
is we collect蒐集 what's called an MR先生.
142
339000
2000
就是取得我們叫作MR的東西。
05:56
This is magnetic磁性 resonance諧振 imaging成像 -- MRIMRI.
143
341000
2000
這是一張MRI也就是核磁共振影像。
05:58
It's a standard標準 template模板 by which哪一個 we're going to hang the rest休息 of this data數據.
144
343000
3000
這是一張基準圖,我們用它來跟我們取得的影像做比較。
06:01
So we collect蒐集 this MR先生.
145
346000
2000
我們取得這個叫MR的東西。
06:03
And you can think of this as our satellite衛星 view視圖 for our map地圖.
146
348000
2000
你可以把這個想成是我們想要繪製的地圖的衛星圖。
06:05
The next下一個 thing we do
147
350000
2000
接下來我們要做的是
06:07
is we collect蒐集 what's called a diffusion擴散 tensor張量 imaging成像.
148
352000
3000
取得一個叫做彌散張量圖的東西。
06:10
This maps地圖 the large cabling佈線 in the brain.
149
355000
2000
這可以幫忙繪製腦袋中比較明顯的連結。
06:12
And again, you can think of this
150
357000
2000
你可以把這個想像成
06:14
as almost幾乎 mapping製圖 our interstate州際 highways公路, if you will.
151
359000
2000
地圖上的高速公路。
06:16
The brain is removed去除 from the skull頭骨,
152
361000
2000
從頭骨中取出腦袋後,
06:18
and then it's sliced切片 into one-centimeter一厘米 slices.
153
363000
3000
我們將之切成約一公分後的切片。
06:21
And those are frozen凍結的 solid固體,
154
366000
2000
這些切片冷凍後
06:23
and they're shipped to Seattle西雅圖.
155
368000
2000
被送到西雅圖。
06:25
And in Seattle西雅圖, we take these --
156
370000
2000
在西雅圖,我們會拿到這個,
06:27
this is a whole整個 human人的 hemisphere半球 --
157
372000
2000
這是整個人腦半球,
06:29
and we put them into what's basically基本上 a glorified榮耀 meat slicer切片機.
158
374000
2000
然後把它放在一個基本上是切肉機的東西。
06:31
There's a blade here that's going to cut across橫過
159
376000
2000
這邊有刀片,可以從組織中
06:33
a section部分 of the tissue組織
160
378000
2000
切出一部份
06:35
and transfer轉讓 it to a microscope顯微鏡 slide滑動.
161
380000
2000
然後將它放到顯微鏡玻片上。
06:37
We're going to then apply應用 one of those stains to it,
162
382000
2000
用染劑將之染色後
06:39
and we scan掃描 it.
163
384000
2000
就可以掃描了。
06:41
And then what we get is our first mapping製圖.
164
386000
3000
我們就可以得到第一張圖。
06:44
So this is where experts專家 come in
165
389000
2000
這裡是專業學者來
06:46
and they make basic基本 anatomic解剖的 assignments任務.
166
391000
2000
將基本的結構標示出來的時候。
06:48
You could consider考慮 this state boundaries邊界, if you will,
167
393000
3000
你可以把這個想像成各州的界限,
06:51
those pretty漂亮 broad廣闊 outlines大綱.
168
396000
2000
就是那些很容易劃分的界限。
06:53
From this, we're able能夠 to then fragment分段 that brain into further進一步 pieces,
169
398000
4000
從這裡,我們可以開始將腦袋進一步分成幾個小部份,
06:57
which哪一個 then we can put on a smaller cryostat低溫恆溫器.
170
402000
2000
然後我們可以把這些部份分開存放於低溫存放器中。
06:59
And this is just showing展示 this here --
171
404000
2000
這就是在做這件事情:
07:01
this frozen凍結的 tissue組織, and it's being存在 cut.
172
406000
2000
這是冷凍組織切片的過程。
07:03
This is 20 microns微米 thin, so this is about a baby寶寶 hair's頭髮的 width寬度.
173
408000
3000
這是20微米厚的切片,大約跟嬰兒頭髮一樣厚。
07:06
And remember記得, it's frozen凍結的.
174
411000
2000
而且別忘了,這是冷凍的。
07:08
And so you can see here,
175
413000
2000
所以在這裡你可以看到,
07:10
old-fashioned過時 technology技術 of the paintbrush畫筆 being存在 applied應用的.
176
415000
2000
古早的水彩筆方法被運用在這上面。
07:12
We take a microscope顯微鏡 slide滑動.
177
417000
2000
我們拿一片玻片,
07:14
Then we very carefully小心 melt熔化 onto the slide滑動.
178
419000
3000
很小心地將它熔在另一片玻片上。
07:17
This will then go onto a robot機器人
179
422000
2000
然後讓機器人
07:19
that's going to apply應用 one of those stains to it.
180
424000
3000
加入染劑。
07:26
And our anatomists解剖學家 are going to go in and take a deeper更深 look at this.
181
431000
3000
然後我們的解剖學家要更進一步的解析這個樣本。
07:29
So again this is what they can see under the microscope顯微鏡.
182
434000
2000
這是我們在顯微鏡下看到的東西。
07:31
You can see collections集合 and configurations配置
183
436000
2000
你可以看到一些
07:33
of large and small cells細胞
184
438000
2000
大大小小的細胞
07:35
in clusters集群 and various各個 places地方.
185
440000
2000
聚集在各處的一些構造。
07:37
And from there it's routine常規. They understand理解 where to make these assignments任務.
186
442000
2000
從這裡開始就是例行事務。這些學者知道各個結構應該在哪裡。
07:39
And they can make basically基本上 what's a reference參考 atlas輿圖.
187
444000
3000
他們可以建立一個像是圖鑒的東西。
07:42
This is a more detailed詳細 map地圖.
188
447000
2000
就是一個更精準的地圖。
07:44
Our scientists科學家們 then use this
189
449000
2000
我們的科學家利用這個資訊
07:46
to go back to another另一個 piece of that tissue組織
190
451000
3000
再回到原本的樣本
07:49
and do what's called laser激光 scanning掃描 microdissection顯微.
191
454000
2000
並做雷射切割。
07:51
So the technician技術員 takes the instructions說明.
192
456000
3000
技師得到這個指令,
07:54
They scribe along沿 a place地點 there.
193
459000
2000
他們在這裡劃線,
07:56
And then the laser激光 actually其實 cuts削減.
194
461000
2000
也就是雷射切割的地方。
07:58
You can see that blue藍色 dot there cutting切割. And that tissue組織 falls下降 off.
195
463000
3000
你可以看到這些雷射切割的藍點,然後整個組織會被切下。
08:01
You can see on the microscope顯微鏡 slide滑動 here,
196
466000
2000
你可以從這個影片看到
08:03
that's what's happening事件 in real真實 time.
197
468000
2000
顯微玻片上發生的事情。
08:05
There's a container容器 underneath that's collecting蒐集 that tissue組織.
198
470000
3000
在這個下面有個桶子會接住所有切下的組織。
08:08
We take that tissue組織,
199
473000
2000
我們利用一些簡單的技術
08:10
we purify淨化 the RNARNA out of it
200
475000
2000
將這個組織中的
08:12
using運用 some basic基本 technology技術,
201
477000
2000
RNA純化,
08:14
and then we put a florescent熒光 tag標籤 on it.
202
479000
2000
然後加上螢光顯色。
08:16
We take that tagged標記 material材料
203
481000
2000
我們將顯色的東西
08:18
and we put it on to something called a microarray基因芯片.
204
483000
3000
放到一個叫做芯片的東西上。
08:21
Now this may可能 look like a bunch of dots to you,
205
486000
2000
你們可能會覺得這看起來像是一堆點點,
08:23
but each one of these individual個人 dots
206
488000
2000
但這上面每一個點
08:25
is actually其實 a unique獨特 piece of the human人的 genome基因組
207
490000
2000
都代表著人類基因的一個片段。
08:27
that we spotted down on glass玻璃.
208
492000
2000
每個片段都被我們點在玻片上。
08:29
This has roughly大致 60,000 elements分子 on it,
209
494000
3000
這上面大約有60,000個元素,
08:32
so we repeatedly反复 measure測量 various各個 genes基因
210
497000
3000
所以我們一直重複著測量
08:35
of the 25,000 genes基因 in the genome基因組.
211
500000
2000
基因組中25,000個基因的表現量。
08:37
And when we take a sample樣品 and we hybridize雜交 it to it,
212
502000
3000
當我們拿一個樣本並將它跟芯片中的片段配對,
08:40
we get a unique獨特 fingerprint指紋, if you will,
213
505000
2000
我們可以得到一個像是指紋般特殊的組合,
08:42
quantitatively數量上 of what genes基因 are turned轉身 on in that sample樣品.
214
507000
3000
可以告訴我們樣本中哪些基因是被啓動的。
08:45
Now we do this over and over again,
215
510000
2000
我們對每一個我們拿到的腦袋
08:47
this process處理 for any given特定 brain.
216
512000
3000
重複這件事情。
08:50
We're taking服用 over a thousand samples樣本 for each brain.
217
515000
3000
我們可以從一個腦袋中取得超過一千個樣本。
08:53
This area shown顯示 here is an area called the hippocampus海馬.
218
518000
3000
這個部位叫作海馬迴。
08:56
It's involved參與 in learning學習 and memory記憶.
219
521000
2000
它跟學習和記憶有關。
08:58
And it contributes有助於 to about 70 samples樣本
220
523000
3000
在我們的一千個樣本中,
09:01
of those thousand samples樣本.
221
526000
2000
它大概佔了七十個。
09:03
So each sample樣品 gets得到 us about 50,000 data數據 points
222
528000
4000
所以我們大約有一千個樣本,
09:07
with repeat重複 measurements測量, a thousand samples樣本.
223
532000
3000
每個樣本可以給我們大約50,000個點。
09:10
So roughly大致, we have 50 million百萬 data數據 points
224
535000
2000
所以每一個腦袋
09:12
for a given特定 human人的 brain.
225
537000
2000
我們大約有五千萬個點。
09:14
We've我們已經 doneDONE right now
226
539000
2000
目前我們大概做了
09:16
two human人的 brains-worth大腦價值 of data數據.
227
541000
2000
兩個人腦多的數據。
09:18
We've我們已經 put all of that together一起
228
543000
2000
我們把這些數據
09:20
into one thing,
229
545000
2000
合成一體,
09:22
and I'll show顯示 you what that synthesis合成 looks容貌 like.
230
547000
2000
且我會給你們看我們怎麼做的。
09:24
It's basically基本上 a large data數據 set of information信息
231
549000
3000
基本上就是一個很大的數據組,
09:27
that's all freely自如 available可得到 to any scientist科學家 around the world世界.
232
552000
3000
讓世界上所有科學家都可以用的數據。
09:30
They don't even have to log日誌 in to come use this tool工具,
233
555000
3000
他們不需要登入就可以使用、
09:33
mine this data數據, find interesting有趣 things out with this.
234
558000
4000
挖掘、尋找他們想要的東西。
09:37
So here's這裡的 the modalities模式 that we put together一起.
235
562000
3000
這是我們目前建構出來的模型。
09:40
You'll你會 start開始 to recognize認識 these things from what we've我們已經 collected before.
236
565000
3000
你們會開始認識這些我們蒐集來的東西。
09:43
Here's這裡的 the MR先生. It provides提供 the framework骨架.
237
568000
2000
這是MR,它給我們一個骨架。
09:45
There's an operator操作者 side on the right that allows允許 you to turn,
238
570000
3000
在右邊這裡可以控制讓圖轉動,
09:48
it allows允許 you to zoom放大 in,
239
573000
2000
可以讓你放大,
09:50
it allows允許 you to highlight突出 individual個人 structures結構.
240
575000
3000
也可以將特定的區域上色。
09:53
But most importantly重要的,
241
578000
2000
但更重要的是,
09:55
we're now mapping製圖 into this anatomic解剖的 framework骨架,
242
580000
3000
我們是從這樣的解剖骨架來繪製我們的圖,
09:58
which哪一個 is a common共同 framework骨架 for people to understand理解 where genes基因 are turned轉身 on.
243
583000
3000
一個人類用來瞭解基因在何處被啓動的骨架。
10:01
So the red levels水平
244
586000
2000
這些紅色的
10:03
are where a gene基因 is turned轉身 on to a great degree.
245
588000
2000
是基因表現量很高的地方。
10:05
Green綠色 is the sort分類 of cool areas where it's not turned轉身 on.
246
590000
3000
綠色是基因沒有被啓動的地方。
10:08
And each gene基因 gives us a fingerprint指紋.
247
593000
2000
而每一個基因給我們一個類似指紋的東西。
10:10
And remember記得 that we've我們已經 assayed分析 all the 25,000 genes基因 in the genome基因組
248
595000
5000
別忘了我們已經對基因組裡面25,000個基因做了這樣的實驗,
10:15
and have all of that data數據 available可得到.
249
600000
4000
所以我們有所有基因的資料。
10:19
So what can scientists科學家們 learn學習 about this data數據?
250
604000
2000
那, 科學家們可以從這學到什麼?
10:21
We're just starting開始 to look at this data數據 ourselves我們自己.
251
606000
3000
我們也是才剛開始瞭解這些資料的。
10:24
There's some basic基本 things that you would want to understand理解.
252
609000
3000
有一些較基本的是你們可能會想要知道的。
10:27
Two great examples例子 are drugs毒品,
253
612000
2000
兩個很棒的例子是藥物:
10:29
Prozac百憂解 and Wellbutrin威博雋.
254
614000
2000
百憂解和Wellbutrin(抗憂鬱藥物)。
10:31
These are commonly常用 prescribed規定 antidepressants抗抑鬱藥.
255
616000
3000
這些是常被用來治療憂鬱的藥物。
10:34
Now remember記得, we're assaying化驗 genes基因.
256
619000
2000
別忘了我們是在瞭解基因。
10:36
Genes基因 send發送 the instructions說明 to make proteins蛋白質.
257
621000
3000
基因告訴我們的身體要製造蛋白質。
10:39
Proteins蛋白質 are targets目標 for drugs毒品.
258
624000
2000
蛋白質是藥物的目標。
10:41
So drugs毒品 bind捆綁 to proteins蛋白質
259
626000
2000
也就是說藥物和蛋白質結合
10:43
and either turn them off, etc等等.
260
628000
2000
然後可以抑制蛋白質作用之類的。
10:45
So if you want to understand理解 the action行動 of drugs毒品,
261
630000
2000
所以如果你想要瞭解藥物是如何運作的,
10:47
you want to understand理解 how they're acting演戲 in the ways方法 you want them to,
262
632000
3000
你需要瞭解藥物是怎麼樣做到你想要它做的事,
10:50
and also in the ways方法 you don't want them to.
263
635000
2000
和你不希望藥物做的事。
10:52
In the side effect影響 profile輪廓, etc等等.,
264
637000
2000
像是副作用之類的。
10:54
you want to see where those genes基因 are turned轉身 on.
265
639000
2000
你想要知道各個基因是如何被啓動的。
10:56
And for the first time, we can actually其實 do that.
266
641000
2000
而且是有史以来,我們真的可以這麼做。
10:58
We can do that in multiple individuals個人 that we've我們已經 assayed分析 too.
267
643000
3000
且我們可以對不只一個樣本怎麼做。
11:01
So now we can look throughout始終 the brain.
268
646000
3000
所以現在我們可以來看這個腦袋。
11:04
We can see this unique獨特 fingerprint指紋.
269
649000
2000
我們可以看這些特異的指紋。
11:06
And we get confirmation確認.
270
651000
2000
我們可以確認它。
11:08
We get confirmation確認 that, indeed確實, the gene基因 is turned轉身 on --
271
653000
3000
我們可以確認某些特定的基因是被啓動的:
11:11
for something like Prozac百憂解,
272
656000
2000
像是百憂解這樣的東西,
11:13
in serotonergic血清素 structures結構, things that are already已經 known已知 be affected受影響 --
273
658000
3000
它有羥色胺結構、我們已經知道會有影響,
11:16
but we also get to see the whole整個 thing.
274
661000
2000
但我們在這裡也可以看到整個架構。
11:18
We also get to see areas that no one has ever looked看著 at before,
275
663000
2000
我們可以看到以前看不到的東西,
11:20
and we see these genes基因 turned轉身 on there.
276
665000
2000
我們可以看到這些基因被啓動。
11:22
It's as interesting有趣 a side effect影響 as it could be.
277
667000
3000
這也有可能是很有趣的副作用。
11:25
One other thing you can do with such這樣 a thing
278
670000
2000
另外一個你可以做的事是
11:27
is you can, because it's a pattern模式 matching匹配 exercise行使,
279
672000
3000
你可以從這些資料中找出相關的部份。
11:30
because there's unique獨特 fingerprint指紋,
280
675000
2000
因為這樣的指紋是獨特的,
11:32
we can actually其實 scan掃描 through通過 the entire整個 genome基因組
281
677000
2000
我們可以掃過整個基因組
11:34
and find other proteins蛋白質
282
679000
2000
並尋找其他有相似指紋
11:36
that show顯示 a similar類似 fingerprint指紋.
283
681000
2000
的蛋白質。
11:38
So if you're in drug藥物 discovery發現, for example,
284
683000
3000
舉例來說如果你是在做藥物研發,
11:41
you can go through通過
285
686000
2000
你可以
11:43
an entire整個 listing清單 of what the genome基因組 has on offer提供
286
688000
2000
掃過整個基因組
11:45
to find perhaps也許 better drug藥物 targets目標 and optimize優化.
287
690000
4000
然後試著找到更好的藥物的目標而從中優化。
11:49
Most of you are probably大概 familiar
288
694000
2000
在座的各位
11:51
with genome-wide全基因組 association協會 studies學習
289
696000
2000
可能對於掃描整個基因組的觀念
11:53
in the form形成 of people covering覆蓋 in the news新聞
290
698000
3000
來自於新聞中一些字句。
11:56
saying, "Scientists科學家們 have recently最近 discovered發現 the gene基因 or genes基因
291
701000
3000
像是:「科學家最近找到一個基因
11:59
which哪一個 affect影響 X."
292
704000
2000
會影響X。」
12:01
And so these kinds of studies學習
293
706000
2000
這樣的研究
12:03
are routinely常規 published發表 by scientists科學家們
294
708000
2000
常常被科學家發表。
12:05
and they're great. They analyze分析 large populations人群.
295
710000
2000
且這是很好的。他們可以分析很大的族群。
12:07
They look at their entire整個 genomes基因組,
296
712000
2000
他們可以看整個基因組,
12:09
and they try to find hot spots斑點 of activity活動
297
714000
2000
然後試圖找到一些基因
12:11
that are linked關聯 causally因果 to genes基因.
298
716000
3000
容易影響的地方。
12:14
But what you get out of such這樣 an exercise行使
299
719000
2000
但事實上這樣的研究
12:16
is simply只是 a list名單 of genes基因.
300
721000
2000
只能找到一張基因列表。
12:18
It tells告訴 you the what, but it doesn't tell you the where.
301
723000
3000
它告訴你什麼基因,但沒辦法告訴你在哪裡表現。
12:21
And so it's very important重要 for those researchers研究人員
302
726000
3000
所以對這些研究者來說,
12:24
that we've我們已經 created創建 this resource資源.
303
729000
2000
我們就是給他們一個資源。
12:26
Now they can come in
304
731000
2000
現在他們可以來
12:28
and they can start開始 to get clues線索 about activity活動.
305
733000
2000
並開始尋找這些表現的痕跡。
12:30
They can start開始 to look at common共同 pathways途徑 --
306
735000
2000
他們現在可以去看是不是有共同的路徑,
12:32
other things that they simply只是 haven't沒有 been able能夠 to do before.
307
737000
3000
是不是有其它他們沒有找到的東西。
12:36
So I think this audience聽眾 in particular特定
308
741000
3000
所以我想在座的各位
12:39
can understand理解 the importance重要性 of individuality個性.
309
744000
3000
可以理解個體差異的重要性。
12:42
And I think every一切 human人的,
310
747000
2000
我認為每一個人
12:44
we all have different不同 genetic遺傳 backgrounds背景,
311
749000
4000
都有不一樣的基因背景,
12:48
we all have lived生活 separate分離 lives生活.
312
753000
2000
我們都有不一樣的人生。
12:50
But the fact事實 is
313
755000
2000
但事實上,
12:52
our genomes基因組 are greater更大 than 99 percent百分 similar類似.
314
757000
3000
我們的基因組有超過百分之九十九是一樣的。
12:55
We're similar類似 at the genetic遺傳 level水平.
315
760000
3000
在基因的層面下我們非常相似。
12:58
And what we're finding發現
316
763000
2000
而我們現在看到的是,
13:00
is actually其實, even at the brain biochemical生化 level水平,
317
765000
2000
就算是在腦袋的生化層面上,
13:02
we are quite相當 similar類似.
318
767000
2000
我們也是非常相似的。
13:04
And so this shows節目 it's not 99 percent百分,
319
769000
2000
所以這代表著不是百分之九十九,
13:06
but it's roughly大致 90 percent百分 correspondence對應
320
771000
2000
但大約百分之九十
13:08
at a reasonable合理 cutoff隔斷,
321
773000
3000
是個非常合理的範圍,
13:11
so everything in the cloud is roughly大致 correlated相關.
322
776000
2000
也就是說大部份的東西是相似的。
13:13
And then we find some outliers離群,
323
778000
2000
然後我們會找到一些「局外人」,
13:15
some things that lie謊言 beyond the cloud.
324
780000
3000
就是那些不在範圍內的數據。
13:18
And those genes基因 are interesting有趣,
325
783000
2000
且這些基因是很有趣的,
13:20
but they're very subtle微妙.
326
785000
2000
但他們不是很明顯的。
13:22
So I think it's an important重要 message信息
327
787000
3000
所以我想這是我今天要說的
13:25
to take home today今天
328
790000
2000
一件很重要的事情
13:27
that even though雖然 we celebrate慶祝 all of our differences分歧,
329
792000
3000
就是就算我們認為我們之間很不同,
13:30
we are quite相當 similar類似
330
795000
2000
但事實上我們是很相似的,
13:32
even at the brain level水平.
331
797000
2000
就算是在腦袋層面也是。
13:34
Now what do those differences分歧 look like?
332
799000
2000
這些相異處是什麼呢?
13:36
This is an example of a study研究 that we did
333
801000
2000
這是一個我們做的
13:38
to follow跟隨 up and see what exactly究竟 those differences分歧 were --
334
803000
2000
用來瞭解這些相異處是什麼的研究。
13:40
and they're quite相當 subtle微妙.
335
805000
2000
這些相異處是很不明顯的。
13:42
These are things where genes基因 are turned轉身 on in an individual個人 cell細胞 type類型.
336
807000
4000
像是各種不同細胞的哪些基因被啓動了。
13:46
These are two genes基因 that we found發現 as good examples例子.
337
811000
3000
這是我們找到兩個比較好的例子。
13:49
One is called RELNRELN -- it's involved參與 in early developmental發展的 cues線索.
338
814000
3000
一個是RELN,它跟早期發育有關。
13:52
DISCDISC1 is a gene基因
339
817000
2000
DISC1也是個基因,
13:54
that's deleted刪除 in schizophrenia精神分裂症.
340
819000
2000
是在精神分裂患者中被移除的基因。
13:56
These aren't schizophrenic精神分裂症 individuals個人,
341
821000
2000
這些不是精神分裂患者,
13:58
but they do show顯示 some population人口 variation變異.
342
823000
3000
但他們也有個體差異。
14:01
And so what you're looking at here
343
826000
2000
所以你們現在看到的是
14:03
in donor捐贈者 one and donor捐贈者 four,
344
828000
2000
第一個捐贈者和第四個捐贈者。
14:05
which哪一個 are the exceptions例外 to the other two,
345
830000
2000
它們的基因跟另外兩個不同,
14:07
that genes基因 are being存在 turned轉身 on
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832000
2000
他們的基因
14:09
in a very specific具體 subset子集 of cells細胞.
347
834000
2000
在非常特定的細胞被啓動。
14:11
It's this dark黑暗 purple紫色 precipitate沉澱 within the cell細胞
348
836000
3000
這些細胞內的深紫色的沈澱物
14:14
that's telling告訴 us a gene基因 is turned轉身 on there.
349
839000
3000
告訴我們那裡有哪些基因被啓動。
14:17
Whether是否 or not that's due應有
350
842000
2000
但到底是跟個體基因行有關
14:19
to an individual's個人 genetic遺傳 background背景 or their experiences經驗,
351
844000
2000
還是跟他們的經驗有關,
14:21
we don't know.
352
846000
2000
我們不知道。
14:23
Those kinds of studies學習 require要求 much larger populations人群.
353
848000
3000
這樣的研究需要更多更多的個體。
14:28
So I'm going to leave離開 you with a final最後 note注意
354
853000
2000
所以我要跟你們說的最後一件事是
14:30
about the complexity複雜 of the brain
355
855000
3000
腦袋有多麼的複雜
14:33
and how much more we have to go.
356
858000
2000
和我們還還有多少研究需要做。
14:35
I think these resources資源 are incredibly令人難以置信 valuable有價值.
357
860000
2000
我認為這些資源非常重要。
14:37
They give researchers研究人員 a handle處理
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862000
2000
這些資源讓研究者
14:39
on where to go.
359
864000
2000
知道接下來要怎麼做。
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But we only looked看著 at a handful少數 of individuals個人 at this point.
360
866000
3000
但目前我們只看了一些個體。
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We're certainly當然 going to be looking at more.
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869000
2000
我們將來當然會看更多。
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I'll just close by saying
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871000
2000
我最後只能說
14:48
that the tools工具 are there,
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873000
2000
我們需要的工具已經有了,
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and this is truly an unexplored未開發, undiscovered未被發現 continent大陸.
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875000
4000
而且這是一個還沒被瞭解、還沒被研究的課題。
14:54
This is the new frontier邊境, if you will.
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879000
4000
這是一個新推進。
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And so for those who are undaunted面露難色,
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883000
2000
所以給那些沒被嚇倒
15:00
but humbled自愧不如 by the complexity複雜 of the brain,
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885000
2000
但仍然對腦袋很感興趣的各位,
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the future未來 awaits等待著.
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887000
2000
未來就在此。
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Thanks謝謝.
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889000
2000
謝謝。
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(Applause掌聲)
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891000
9000
(掌聲)
Translated by Joan Liu
Reviewed by Ana Choi

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ABOUT THE SPEAKER
Allan Jones - Brain scientist
As CEO of the Allen Institute for Brain Science, Allan Jones leads an ambitious project to build an open, online, interactive atlas of the human brain.

Why you should listen

The Allen Institute for Brain Science -- based in Seattle, kickstarted by Microsoft co-founder Paul Allen -- has a mission to fuel discoveries about the human brain by building tools the entire scientific community can use. As CEO, one of Allan Jones' first projects was to lead the drive to create a comprehensive atlas of the brain of a mouse. Flash forward to April 2011, when the Allen Institute announced the first milestone in its online interactive atlas of the human brain, showing the activity of the more than 20,000 human genes it contains. It's based on a composite of 15 brains, since every human brain is unique.

Think of the Allen Human Brain Atlas as a high-tech bridge between brain anatomy and genetics. Using this atlas, scientists will be able to determine where in the brain genes that encode specific proteins are active, including proteins that are affected by medication. Or researchers could zoom in on brain structures thought to be altered in mental disorders such as schizophrenia to find their molecular footprint. The atlas may provide clues to memory, attention, motor coordination, hunger, and perhaps emotions such as happiness or anxiety.

He says: "Understanding how our genes are used in our brains will help scientists and the medical community better understand and discover new treatments for the full spectrum of brain diseases and disorders."

Watch Dr. Jones' latest TEDx talk on the map of the brain, from TEDxCaltech 2013 >>

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Allan Jones | Speaker | TED.com