TEDSummit
Ed Boyden: A new way to study the brain's invisible secrets
Ед Бойдън: Бебешките пелени вдъхновиха този нов начин за изучаване на мозъка
Filmed:
Readability: 4
1,501,957 views
Невроинженерът Ед Бойдън иска да узнае как миниатюрните биомолекули в мозъците ни създават емоции, мисли и чувства -- и иска да открие молекулните промени, които водят до увреждания като епилепсия или Алцхаймер. Вместо да увеличава тези невидими структури под микроскоп, той се замислил: Какво би станало, ако ги уголемим физически и ги направим по-лесни за виждане? Научете как полимерите, които карат бебешките пелени да набъбват, биха могли да бъдат ключът към по-доброто разбиране на мозъците ни.
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. Full bio
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
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
Hello, everybody.
0
904
1405
Здравейте, всички.
00:14
I brought with me today a baby diaper.
1
2333
2643
Днес съм донесъл бебешка пелена.
00:18
You'll see why in a second.
2
6793
1722
След секунда ще видите защо.
00:20
Baby diapers have interesting properties.
3
8539
2010
Бебешките пелени имат интересни свойства.
00:22
They can swell enormously
when you add water to them,
when you add water to them,
4
10573
2691
Могат да набъбнат невероятно,
когато им сложите вода,
когато им сложите вода,
00:25
an experiment done
by millions of kids every day.
by millions of kids every day.
5
13288
2984
експеримент, провеждан
от милиони деца всеки ден.
от милиони деца всеки ден.
00:28
(Laughter)
6
16296
1150
(Смях)
00:29
But the reason why
7
17470
1494
Но причината за това е,
00:30
is that they're designed
in a very clever way.
in a very clever way.
8
18988
2190
че те са проектирани по много умен начин.
00:33
They're made out of a thing
called a swellable material.
called a swellable material.
9
21202
2635
Направени са от нещо,
наречено набъбващ материал.
наречено набъбващ материал.
00:35
It's a special kind of material that,
when you add water,
when you add water,
10
23861
2737
Това е специален материал, който,
ако му добавите вода,
ако му добавите вода,
00:38
it will swell up enormously,
11
26622
1430
ще набъбне невероятно много,
00:40
maybe a thousand times in volume.
12
28076
2166
може би хиляда пъти първоначалния обем.
00:42
And this is a very useful,
industrial kind of polymer.
industrial kind of polymer.
13
30266
3236
И това е много полезен
индустриален вид полимер.
индустриален вид полимер.
00:45
But what we're trying to do
in my group at MIT
in my group at MIT
14
33819
2526
Това, което се опитваме да сторим
в групата ми в МИТ,
в групата ми в МИТ,
00:48
is to figure out if we can do
something similar to the brain.
something similar to the brain.
15
36369
3213
е да открием дали можем да
направим нещо подобно с мозъка.
направим нещо подобно с мозъка.
00:51
Can we make it bigger,
16
39606
1159
Можем ли да го уголемим,
00:52
big enough that you
can peer inside
can peer inside
17
40789
1678
така че да погледнем вътре
00:54
and see all the tiny building blocks,
the biomolecules,
the biomolecules,
18
42481
2628
и да видим малките тухлички,
биомолекулите,
биомолекулите,
00:57
how they're organized in three dimensions,
19
45133
2151
как са организирани в три измерения,
00:59
the structure, the ground truth
structure of the brain, if you will?
structure of the brain, if you will?
20
47308
3485
каква е структурата,
основната истина на мозъка, един вид?
основната истина на мозъка, един вид?
01:02
If we could get that,
21
50817
1158
Ако можехме,
01:03
maybe we could have a better understanding
of how the brain is organized
of how the brain is organized
22
51999
3509
бихме имали по-добро разбиране за това
как е организиран мозъкът,
как е организиран мозъкът,
01:07
to yield thoughts and emotions
23
55532
1659
за да произведе мисли и емоции
01:09
and actions and sensations.
24
57215
1719
и действия и усещания.
01:10
Maybe we could try to pinpoint
the exact changes in the brain
the exact changes in the brain
25
58958
3415
Може би бихме могли да се опитаме
да посочим точните промени в мозъка,
да посочим точните промени в мозъка,
01:14
that result in diseases,
26
62397
1776
които водят до болести,
01:16
diseases like Alzheimer's
and epilepsy and Parkinson's,
and epilepsy and Parkinson's,
27
64197
3212
болести като Алцхаймер
и епилепсия и Паркинсон,
и епилепсия и Паркинсон,
01:19
for which there are few
treatments, much less cures,
treatments, much less cures,
28
67433
2578
за които има много малко терапии,
още по-малко лечения,
още по-малко лечения,
01:22
and for which, very often,
we don't know the cause or the origins
we don't know the cause or the origins
29
70035
3617
и за които, много често,
не знаем причината или произхода
не знаем причината или произхода
01:25
and what's really causing them to occur.
30
73676
2135
и какво наистина ги причинява.
01:28
Now, our group at MIT
31
76613
1740
Групата ни в МИТ
01:30
is trying to take
a different point of view
a different point of view
32
78377
2686
се опитва да възприеме
различна гледна точка
различна гледна точка
01:33
from the way neuroscience has
been done over the last hundred years.
been done over the last hundred years.
33
81087
3230
от стандартната неврология от
последните сто години.
последните сто години.
01:36
We're designers. We're inventors.
34
84341
1579
Ние сме дизайнери. Изобретатели.
01:37
We're trying to figure out
how to build technologies
how to build technologies
35
85944
2544
Опитваме се да разберем как
да създадем технологии,
да създадем технологии,
01:40
that let us look at and repair the brain.
36
88512
2456
които ни позволяват да виждаме
и поправяме мозъка.
и поправяме мозъка.
01:42
And the reason is,
37
90992
1151
И причината е,
01:44
the brain is incredibly,
incredibly complicated.
incredibly complicated.
38
92167
2801
че мозъкът е невероятно,
невероятно сложен.
невероятно сложен.
01:47
So what we've learned
over the first century of neuroscience
over the first century of neuroscience
39
95484
2887
През първото столетие на
неврологията научихме,
неврологията научихме,
01:50
is that the brain is a very
complicated network,
complicated network,
40
98395
2303
че мозъкът е много сложна мрежа
01:52
made out of very specialized
cells called neurons
cells called neurons
41
100722
2480
изградена от специализирани клетки,
наречени неврони,
наречени неврони,
01:55
with very complex geometries,
42
103226
1667
с много комплексна геометрия,
01:56
and electrical currents will flow
through these complexly shaped neurons.
through these complexly shaped neurons.
43
104917
4237
и че електрически потоци протичат
между тези комплексно оформени неврони.
между тези комплексно оформени неврони.
02:01
Furthermore, neurons
are connected in networks.
are connected in networks.
44
109653
2784
Освен това невроните са свързани в мрежи.
02:04
They're connected by little junctions
called synapses that exchange chemicals
called synapses that exchange chemicals
45
112461
3835
Те са свързани от малки възли,
наречени синапси, които обменят химикали
наречени синапси, които обменят химикали
02:08
and allow the neurons
to talk to each other.
to talk to each other.
46
116320
2218
и позволяват на невроните
да разговарят.
да разговарят.
02:10
The density of the brain is incredible.
47
118562
1940
Плътността на мозъка е невероятна.
02:12
In a cubic millimeter of your brain,
48
120526
2307
В един кубичен милиметър мозък
02:14
there are about 100,000 of these neurons
49
122857
2457
има около 100 000 неврона
02:17
and maybe a billion of those connections.
50
125338
2517
и може би един милиард връзки.
02:20
But it's worse.
51
128887
1382
Но става и по-лошо.
02:22
So, if you could zoom in to a neuron,
52
130293
2305
Ако можехте да се фокусирате
върху един неврон,
върху един неврон,
02:24
and, of course, this is just
our artist's rendition of it.
our artist's rendition of it.
53
132622
2750
и, разбира се, това е
интерпретацията на художника ни.
интерпретацията на художника ни.
02:27
What you would see are thousands
and thousands of kinds of biomolecules,
and thousands of kinds of biomolecules,
54
135396
4207
Бихте видели хиляди и хиляди
видове биомолекули,
видове биомолекули,
02:31
little nanoscale machines
organized in complex, 3D patterns,
organized in complex, 3D patterns,
55
139627
4400
малки наноскопични машини,
подредени в сложни, триизмерни модели,
подредени в сложни, триизмерни модели,
02:36
and together they mediate
those electrical pulses,
those electrical pulses,
56
144051
2628
и заедно те посредничат за
електрическите импулси,
електрическите импулси,
02:38
those chemical exchanges
that allow neurons to work together
that allow neurons to work together
57
146703
3937
за химичните обмени, които
позволяват на невроните да работят заедно
позволяват на невроните да работят заедно
02:42
to generate things like thoughts
and feelings and so forth.
and feelings and so forth.
58
150664
3669
и да създават неща като мисли
и чувства и прочие.
и чувства и прочие.
02:46
Now, we don't know how
the neurons in the brain are organized
the neurons in the brain are organized
59
154357
3764
Не знаем как
невроните в мозъка са организирани,
невроните в мозъка са организирани,
02:50
to form networks,
60
158145
1174
за да се създадат мрежи,
02:51
and we don't know how
the biomolecules are organized
the biomolecules are organized
61
159343
2500
и не знаем как
биомолекулите са организирани
биомолекулите са организирани
02:53
within neurons
62
161867
1174
в невроните,
02:55
to form these complex, organized machines.
63
163065
2405
за да се създадат тези
сложни организирани машини.
сложни организирани машини.
02:57
If we really want to understand this,
64
165918
1820
Ако наистина искаме да го разберем,
02:59
we're going to need new technologies.
65
167762
1817
ще ни трябват нови технологии.
03:01
But if we could get such maps,
66
169603
1784
Ако се сдобием с такива карти,
03:03
if we could look at the organization
of molecules and neurons
of molecules and neurons
67
171411
2943
ако можем да погледнем организацията
на молекулите и невроните
на молекулите и невроните
03:06
and neurons and networks,
68
174378
1566
и на невроните и мрежите,
03:07
maybe we could really understand
how the brain conducts information
how the brain conducts information
69
175968
3437
може би бихме могли наистина да разберем
как мозъка провежда информация
как мозъка провежда информация
03:11
from sensory regions,
70
179429
1167
от сетивните райони,
03:12
mixes it with emotion and feeling,
71
180620
1736
смесва я с емоции и чувства
03:14
and generates our decisions and actions.
72
182380
2394
и създава решенията и действията ни.
03:17
Maybe we could pinpoint the exact set
of molecular changes that occur
of molecular changes that occur
73
185131
3789
Може би бихме могли да посочим
точния комплект от молекулни промени,
точния комплект от молекулни промени,
03:20
in a brain disorder.
74
188944
1202
в дадено мозъчно разстройство.
03:22
And once we know how
those molecules have changed,
those molecules have changed,
75
190170
2822
И щом разберем как
тези молекули са изменени,
тези молекули са изменени,
03:25
whether they've increased in number
or changed in pattern,
or changed in pattern,
76
193016
2780
дали броят им е нараснал или
подребата им се е променила,
подребата им се е променила,
03:27
we could use those
as targets for new drugs,
as targets for new drugs,
77
195820
2939
бихме могли да ги използваме
като цели за нови лекарства,
като цели за нови лекарства,
03:30
for new ways of delivering
energy into the brain
energy into the brain
78
198783
2271
нови начини за доставка на
енергия до мозъка,
енергия до мозъка,
03:33
in order to repair the brain
computations that are afflicted
computations that are afflicted
79
201078
3880
за да бъдат възстановени
мозъчните изчисления, засегнати
мозъчните изчисления, засегнати
03:36
in patients who suffer
from brain disorders.
from brain disorders.
80
204982
2299
у пациентите, които страдат от
мозъчни увреждания.
мозъчни увреждания.
03:39
We've all seen lots of different
technologies over the last century
technologies over the last century
81
207793
3243
През последния век видяхме много
различни технологии,
различни технологии,
03:43
to try to confront this.
82
211060
1166
опитващи се да се справят с това.
03:44
I think we've all seen brain scans
83
212250
1880
Мисля, че всички сме
виждали мозъчни сканирания
виждали мозъчни сканирания
03:46
taken using MRI machines.
84
214154
2034
заснети с ЯМР машини.
03:48
These, of course, have the great power
that they are noninvasive,
that they are noninvasive,
85
216212
3347
Тяхното огромно предимство е,
че са неинвазивни,
че са неинвазивни,
03:51
they can be used on living human subjects.
86
219583
2355
могат да се прилагат върху живи хора.
03:54
But also, they're spatially crude.
87
222407
2231
Но те са с ниска пространствена резолюция.
03:56
Each of these blobs that you see,
or voxels, as they're called,
or voxels, as they're called,
88
224662
2990
Всяко петно, което виждате,
или воксел, както се наричат,
или воксел, както се наричат,
03:59
can contain millions
and millions of neurons.
and millions of neurons.
89
227676
2689
може да съдържа милиони
и милиони неврони.
и милиони неврони.
04:02
So it's not at the level of resolution
90
230389
1850
Това не е разделителната способност,
04:04
where it can pinpoint
the molecular changes that occur
the molecular changes that occur
91
232263
2538
която може точно да посочи
молекулните изменения
молекулните изменения
04:06
or the changes in the wiring
of these networks
of these networks
92
234825
2286
или измененията в свързването
на тези мрежи,
на тези мрежи,
04:09
that contributes to our ability
to be conscious and powerful beings.
to be conscious and powerful beings.
93
237135
3946
които допринасят за способността ни
да бъдем съзнателни и силни същества.
да бъдем съзнателни и силни същества.
04:13
At the other extreme,
you have microscopes.
you have microscopes.
94
241797
3181
В другия край на спектъра
са микроскопите.
са микроскопите.
04:17
Microscopes, of course, will use light
to look at little tiny things.
to look at little tiny things.
95
245002
3295
Микроскопите използват светлина,
за да разглеждат мънички неща.
за да разглеждат мънички неща.
04:20
For centuries, they've been used
to look at things like bacteria.
to look at things like bacteria.
96
248321
3075
В течение на векове са били използвани
за неща като бактериите.
за неща като бактериите.
04:23
For neuroscience,
97
251420
1151
В неврологията
04:24
microscopes are actually how neurons
were discovered in the first place,
were discovered in the first place,
98
252595
3412
самите неврони са били открити
с помощта на микроскоп
с помощта на микроскоп
04:28
about 130 years ago.
99
256031
1292
преди около 130 години.
04:29
But light is fundamentally limited.
100
257347
2318
Но светлината е фундаментално ограничена.
04:31
You can't see individual molecules
with a regular old microscope.
with a regular old microscope.
101
259689
3298
Не можете да видите единични молекули
с обикновен стар микроскоп.
с обикновен стар микроскоп.
04:35
You can't look at these tiny connections.
102
263011
2152
Не можете да разгледате тези малки връзки.
04:37
So if we want to make our ability
to see the brain more powerful,
to see the brain more powerful,
103
265187
3942
Така че ако искаме да подобрим
способността си да виждаме мозъка,
способността си да виждаме мозъка,
04:41
to get down to the ground truth structure,
104
269153
2168
да се спуснем до основната структура,
04:43
we're going to need to have
even better technologies.
even better technologies.
105
271345
3280
ще ни трябват още по-добри технологии.
04:47
My group, a couple years ago,
started thinking:
started thinking:
106
275611
2224
Преди няколко години
групата ми се запита:
групата ми се запита:
04:49
Why don't we do the opposite?
107
277859
1412
Защо не направим обратното?
04:51
If it's so darn complicated
to zoom in to the brain,
to zoom in to the brain,
108
279295
2461
Ако е толкова сложно да гледаме мозъка,
04:53
why can't we make the brain bigger?
109
281780
1943
защо не го уголемим?
04:56
It initially started
110
284166
1155
В началото започна
04:57
with two grad students in my group,
Fei Chen and Paul Tillberg.
Fei Chen and Paul Tillberg.
111
285345
2996
с двама докторанти в групата ми,
Фей Чен и Пол Тилбърг.
Фей Чен и Пол Тилбърг.
05:00
Now many others in my group
are helping with this process.
are helping with this process.
112
288365
2720
Сега много други хора в групата ми
помагат в този процес.
помагат в този процес.
05:03
We decided to try to figure out
if we could take polymers,
if we could take polymers,
113
291109
2762
Решихме да опитаме да открием
дали можем да вземем полимери
дали можем да вземем полимери
05:05
like the stuff in the baby diaper,
114
293895
1629
като тези в бебешките пелени
05:07
and install it physically
within the brain.
within the brain.
115
295548
2006
и да ги инсталираме физически в мозъка.
05:09
If we could do it just right,
and you add water,
and you add water,
116
297578
2241
Ако го направехме правилно
и добавехме вода,
и добавехме вода,
05:11
you can potentially blow the brain up
117
299843
1835
бихме могли да надуем мозъка,
05:13
to where you could distinguish
those tiny biomolecules from each other.
those tiny biomolecules from each other.
118
301702
3377
така че да различим малките
биомолекули една от друга.
биомолекули една от друга.
05:17
You would see those connections
and get maps of the brain.
and get maps of the brain.
119
305103
2870
Бихме могли да видим връзките
и да направим карти на мозъка.
и да направим карти на мозъка.
05:19
This could potentially be quite dramatic.
120
307997
1988
Това би могло да бъде доста драматично.
05:22
We brought a little demo here.
121
310009
3008
Донесохме малка демонстрация.
05:25
We got some purified baby diaper material.
122
313538
2575
Това е пречистен материал
от бебешки пелени.
от бебешки пелени.
05:28
It's much easier
just to buy it off the Internet
just to buy it off the Internet
123
316137
2274
Много по-лесно е
да си го купите в Интернет,
да си го купите в Интернет,
05:30
than to extract the few grains
that actually occur in these diapers.
that actually occur in these diapers.
124
318435
3475
отколкото да извлечете няколкото зрънца
от самите пелени.
от самите пелени.
05:33
I'm going to put just one teaspoon here
125
321934
2225
Слагам чаена лъжичка
05:36
of this purified polymer.
126
324706
1794
от този пречистен полимер.
05:39
And here we have some water.
127
327270
2152
А това тук е вода.
05:41
What we're going to do
128
329446
1162
Ще се опитаме да видим
05:42
is see if this teaspoon
of the baby diaper material
of the baby diaper material
129
330632
3011
дали тази чаена лъжичка
материал от бебешки пелени
материал от бебешки пелени
05:45
can increase in size.
130
333667
1709
може да увеличи размера си.
05:48
You're going to see it increase in volume
by about a thousandfold
by about a thousandfold
131
336687
3696
Ще видите как нараства
около хиляда пъти
около хиляда пъти
05:52
before your very eyes.
132
340407
1286
пред очите ви.
06:01
I could pour much more of this in there,
133
349597
1972
Мога да налея много повече,
06:03
but I think you've got the idea
134
351593
1558
но мисля, че схванахте идеята,
06:05
that this is a very,
very interesting molecule,
very interesting molecule,
135
353175
2502
че това е много, много интересна молекула,
06:07
and if can use it in the right way,
136
355701
1912
и ако можем да я използваме правилно,
06:09
we might be able
to really zoom in on the brain
to really zoom in on the brain
137
357637
2321
бихме могли наистина да увеличим мозъка
06:11
in a way that you can't do
with past technologies.
with past technologies.
138
359982
2594
по начин, невъзможен за
миналите технологии.
миналите технологии.
06:15
OK. So a little bit of chemistry now.
139
363227
2054
Добре. А сега малко химия.
06:17
What's going on
in the baby diaper polymer?
in the baby diaper polymer?
140
365305
2442
Какво се случва в полимера
от бебешките пелени?
от бебешките пелени?
06:19
If you could zoom in,
141
367771
1676
Ако можехте да увеличите,
06:21
it might look something like
what you see on the screen.
what you see on the screen.
142
369471
2673
би било изглеждало като това,
което виждате на екрана.
което виждате на екрана.
06:24
Polymers are chains of atoms
arranged in long, thin lines.
arranged in long, thin lines.
143
372168
4492
Полимерите са вериги от атоми,
подредени в дълги, тънки редици.
подредени в дълги, тънки редици.
06:28
The chains are very tiny,
144
376684
1367
Веригите са миниатюрни,
06:30
about the width of a biomolecule,
145
378075
1864
с ширината на биомолекула,
06:31
and these polymers are really dense.
146
379963
1747
и тези полимери са наистина нагъсто.
06:33
They're separated by distances
147
381734
1500
Разделящите ги разстояния
06:35
that are around the size of a biomolecule.
148
383258
2252
са от порядъка на размера на биомолекула.
06:37
This is very good
149
385534
1165
Това е много добре,
06:38
because we could potentially
move everything apart in the brain.
move everything apart in the brain.
150
386723
3041
защото ни дава възможността да
раздвижим всичко в мозъка.
раздвижим всичко в мозъка.
06:41
If we add water, what will happen is,
151
389788
1848
Ако добавим вода,
06:43
this swellable material
is going to absorb the water,
is going to absorb the water,
152
391660
2515
набъбващият материал ще я абсорбира,
06:46
the polymer chains will move
apart from each other,
apart from each other,
153
394199
2400
полимерните вериги ще се разделечат
една от друга
една от друга
06:48
and the entire material
is going to become bigger.
is going to become bigger.
154
396623
2634
и целият материал ще нарасне.
06:51
And because these chains are so tiny
155
399615
1814
И понеже тези вериги са толкова малки
06:53
and spaced by biomolecular distances,
156
401453
2205
и са разположени на
биомолекулни разстояния,
биомолекулни разстояния,
06:55
we could potentially blow up the brain
157
403682
2039
бихме могли да надуем мозъка,
06:57
and make it big enough to see.
158
405745
1633
така че да го видим.
07:00
Here's the mystery, then:
159
408020
1240
Ето я и загадката:
07:01
How do we actually make
these polymer chains inside the brain
these polymer chains inside the brain
160
409284
3610
Как да построим тези
полимерни вериги вътре в мозъка,
полимерни вериги вътре в мозъка,
07:04
so we can move all the biomolecules apart?
161
412918
2239
така че да разделим всички биомолекули?
07:07
If we could do that,
162
415181
1151
Ако можехме да го сторим,
07:08
maybe we could get
ground truth maps of the brain.
ground truth maps of the brain.
163
416356
2397
може би щяхме да получим
точни карти на мозъка.
точни карти на мозъка.
07:10
We could look at the wiring.
164
418777
1389
Щяхме да видим свързването.
07:12
We can peer inside
and see the molecules within.
and see the molecules within.
165
420190
3157
Можем да погледнем
и да видим молекулите вътре.
и да видим молекулите вътре.
07:15
To explain this, we made some animations
166
423925
2481
За да обясним това,
направихме няколко анимации,
направихме няколко анимации,
07:18
where we actually look
at, in these artist renderings,
at, in these artist renderings,
167
426430
2603
художнически интерпретации,
в които виждаме
в които виждаме
07:21
what biomolecules might look
like and how we might separate them.
like and how we might separate them.
168
429057
3541
как биха изглеждали биомолекулите
и как бихме могли да ги разделим.
и как бихме могли да ги разделим.
07:24
Step one: what we'd have
to do, first of all,
to do, first of all,
169
432622
2549
Стъпка първа: това,
което трябва да направим,
което трябва да направим,
07:27
is attach every biomolecule,
shown in brown here,
shown in brown here,
170
435195
3389
е да закачим всяка биомолекула,
показани тук в кафяво,
показани тук в кафяво,
07:30
to a little anchor, a little handle.
171
438608
2159
за малка котва или дръжка.
07:32
We need to pull the molecules
of the brain apart from each other,
of the brain apart from each other,
172
440791
3095
Искаме да разделим молекулите
на мозъка една от друга
на мозъка една от друга
07:35
and to do that, we need
to have a little handle
to have a little handle
173
443910
2326
и за да го сторим,
ни трябва малка дръжка,
ни трябва малка дръжка,
07:38
that allows those polymers to bind to them
174
446260
2285
която позволява на
полимерите да се свържат
полимерите да се свържат
07:40
and to exert their force.
175
448569
1542
и да упражнят силата си.
07:43
Now, if you just take baby diaper
polymer and dump it on the brain,
polymer and dump it on the brain,
176
451278
3161
Ако просто вземем полимера от пелените
и го стоварим върху мозъка,
и го стоварим върху мозъка,
07:46
obviously, it's going to sit there on top.
177
454463
2037
ще си стои отгоре, очевидно.
07:48
So we need to find a way
to make the polymers inside.
to make the polymers inside.
178
456524
2528
Трябва да намерим начин
да правим полимерите вътре.
да правим полимерите вътре.
07:51
And this is where we're really lucky.
179
459076
1788
И тук сме големи късметлии.
07:52
It turns out, you can
get the building blocks,
get the building blocks,
180
460888
2188
Оказва се, че можем да вземем
градивните елементи,
градивните елементи,
07:55
monomers, as they're called,
181
463100
1372
наречени мономери,
07:56
and if you let them go into the brain
182
464496
1784
и ако ги пуснем в мозъка
07:58
and then trigger the chemical reactions,
183
466304
2036
и после отключим химичните реакции,
08:00
you can get them to form
those long chains,
those long chains,
184
468364
2702
можем да ги накараме да образуват
тези дълги вериги,
тези дълги вериги,
08:03
right there inside the brain tissue.
185
471090
1798
направо вътре в мозъчната тъкан.
08:05
They're going to wind their way
around biomolecules
around biomolecules
186
473325
2397
Те ще си проправят път
около биомолекулите
около биомолекулите
08:07
and between biomolecules,
187
475746
1221
и между биомолекулите,
08:08
forming those complex webs
188
476991
1625
образуващи тези сложни паяжини,
08:10
that will allow you, eventually,
to pull apart the molecules
to pull apart the molecules
189
478640
2862
които ще ни позволят в крайна сметка
да разделим молекулите
да разделим молекулите
08:13
from each other.
190
481526
1175
една от друга.
08:14
And every time one
of those little handles is around,
of those little handles is around,
191
482725
3054
И всеки път, когато наоколо
има една от тези малки дръжки,
има една от тези малки дръжки,
08:17
the polymer will bind to the handle,
and that's exactly what we need
and that's exactly what we need
192
485803
3350
полимерът ще се залови за нея,
и това е точно каквото ни трябва,
и това е точно каквото ни трябва,
08:21
in order to pull the molecules
apart from each other.
apart from each other.
193
489177
2531
за да разделим молекулите една от друга.
08:23
All right, the moment of truth.
194
491732
1693
И така, моментът на истината.
08:25
We have to treat this specimen
195
493449
2148
Трябва да третираме тази проба
08:27
with a chemical to kind of loosen up
all the molecules from each other,
all the molecules from each other,
196
495621
3446
с химикал, за да отпуснем молекулите,
08:31
and then, when we add water,
197
499091
1836
и после, когато добавим водата,
08:32
that swellable material is going
to start absorbing the water,
to start absorbing the water,
198
500951
2953
набъбващият материал ще започне
да я абсорбира,
да я абсорбира,
08:35
the polymer chains will move apart,
199
503928
1703
полимерните вериги ще се разделечат,
08:37
but now, the biomolecules
will come along for the ride.
will come along for the ride.
200
505655
2722
но сега биомолекулите ще тръгнат с тях.
08:40
And much like drawing
a picture on a balloon,
a picture on a balloon,
201
508401
2164
Малко като да нарисуваме
картина върху балон
картина върху балон
08:42
and then you blow up the balloon,
202
510589
1587
и после да го надуем,
08:44
the image is the same,
203
512200
1290
картината е същата,
08:45
but the ink particles have moved
away from each other.
away from each other.
204
513514
2548
но частиците на мастилото
са се разделечили.
са се разделечили.
08:48
And that's what we've been able
to do now, but in three dimensions.
to do now, but in three dimensions.
205
516086
3467
Точно това успяхме да направим сега,
но в три измерения.
но в три измерения.
08:51
There's one last trick.
206
519577
1999
Има един последен трик.
08:53
As you can see here,
207
521600
1218
Както можете да видите,
08:54
we've color-coded
all the biomolecules brown.
all the biomolecules brown.
208
522842
2109
оцветили сме всички
биомолекули в кафяво.
биомолекули в кафяво.
08:56
That's because they all
kind of look the same.
kind of look the same.
209
524975
2170
Това е, понеже те
изглеждат горе-долу еднакво.
изглеждат горе-долу еднакво.
08:59
Biomolecules are made
out of the same atoms,
out of the same atoms,
210
527169
2105
Биомолекулите са изградени
от едни и същи атоми,
от едни и същи атоми,
09:01
but just in different orders.
211
529298
2240
но в различен ред.
09:03
So we need one last thing
212
531562
1500
Трябва ни едно последно нещо,
09:05
in order to make them visible.
213
533086
1695
за да ги направим видими.
09:06
We have to bring in little tags,
214
534805
1579
Трябва да внесем малки етикети,
09:08
with glowing dyes
that will distinguish them.
that will distinguish them.
215
536408
3019
със светещи бои, които ще ги откроят.
09:11
So one kind of biomolecule
might get a blue color.
might get a blue color.
216
539451
2673
Така един вид биомолекула
може да се оцвети в синьо.
може да се оцвети в синьо.
09:14
Another kind of biomolecule
might get a red color.
might get a red color.
217
542148
2351
Друг вид биомолекула
може да се оцвети в червено.
може да се оцвети в червено.
09:16
And so forth.
218
544523
1276
И така нататък.
09:17
And that's the final step.
219
545823
1552
И това е финалната крачка.
09:19
Now we can look at something like a brain
220
547399
2278
Сега можем да погледнем нещо като мозъка
09:21
and look at the individual molecules,
221
549701
1796
и да разгледаме единични молекули,
09:23
because we've moved them
far apart enough from each other
far apart enough from each other
222
551521
2707
понеже сме ги преместили
достатъчно далеч една от друга,
достатъчно далеч една от друга,
09:26
that we can tell them apart.
223
554252
1698
че да можем да ги различим.
09:27
So the hope here is that
we can make the invisible visible.
we can make the invisible visible.
224
555974
2834
Идеята тук е да направим
невидимото видимо.
невидимото видимо.
09:30
We can turn things that might seem
small and obscure
small and obscure
225
558832
2566
Можем да вземем неща,
които изглеждат малки и неясни,
които изглеждат малки и неясни,
09:33
and blow them up
226
561422
1151
и да ги уголемим,
09:34
until they're like constellations
of information about life.
of information about life.
227
562597
3177
докато не се превърнат в съзвездия
от информация за живота.
от информация за живота.
09:37
Here's an actual video
of what it might look like.
of what it might look like.
228
565798
2375
Ето и видео, показващо
как това изглежда наистина.
как това изглежда наистина.
09:40
We have here a little brain in a dish --
229
568197
2371
Имаме малък мозък в чинийка --
09:42
a little piece of a brain, actually.
230
570592
1747
всъщност малко парченце мозък.
09:44
We've infused the polymer in,
231
572363
1596
Включили сме полимера
09:45
and now we're adding water.
232
573983
1467
и сега добавяме вода.
09:47
What you'll see is that,
right before your eyes --
right before your eyes --
233
575474
2358
Виждате с очите си как --
09:49
this video is sped up about sixtyfold --
234
577856
1923
това видео е ускорено около 60 пъти --
09:51
this little piece of brain tissue
is going to grow.
is going to grow.
235
579803
2725
това малко парченце мозъчна тъкан
започва да расте.
започва да расте.
09:54
It can increase by a hundredfold
or even more in volume.
or even more in volume.
236
582552
3180
Може да увеличи обема си
сто или повече пъти.
сто или повече пъти.
09:57
And the cool part is, because
those polymers are so tiny,
those polymers are so tiny,
237
585756
2949
И готината част е, че понеже
тези полимери са толкова малки,
тези полимери са толкова малки,
10:00
we're separating biomolecules
evenly from each other.
evenly from each other.
238
588729
2559
разделяме биомолекулите равномерно.
10:03
It's a smooth expansion.
239
591312
1658
Експанзията е гладка.
10:04
We're not losing the configuration
of the information.
of the information.
240
592994
2687
Няма да изгубим
конфигурацията на информацията.
конфигурацията на информацията.
10:07
We're just making it easier to see.
241
595705
2700
Просто ще я направим по-лесна за виждане.
10:11
So now we can take
actual brain circuitry --
actual brain circuitry --
242
599333
2176
Сега можем да вземем
истински мозъчни връзки --
истински мозъчни връзки --
10:13
here's a piece of the brain
involved with, for example, memory --
involved with, for example, memory --
243
601533
3134
това тук е парче мозък,
участващо в, например, паметта --
участващо в, например, паметта --
10:16
and we can zoom in.
244
604691
1263
и да ги уголемим.
10:17
We can start to actually look at
how circuits are configured.
how circuits are configured.
245
605978
2890
Можем да започнем да гледаме как
са конфигурирани връзките.
са конфигурирани връзките.
Може би някой ден ще можем
да разчетем спомен.
да разчетем спомен.
10:20
Maybe someday we could read out a memory.
246
608892
1968
10:22
Maybe we could actually look
at how circuits are configured
at how circuits are configured
247
610884
2779
Ще можем наистина да видим
как са конфигурирани връзките,
как са конфигурирани връзките,
10:25
to process emotions,
248
613687
1152
за да обработват емоции,
10:26
how the actual wiring
of our brain is organized
of our brain is organized
249
614863
2922
как връзките в мозъка са организирани,
10:29
in order to make us who we are.
250
617809
2567
за да ни направи тези, които сме.
10:32
And of course, we can pinpoint, hopefully,
251
620400
2047
И можем да посочим, надяваме се,
10:34
the actual problems in the brain
at a molecular level.
at a molecular level.
252
622471
3159
точните проблеми в мозъка на
молекулярно равнище.
молекулярно равнище.
10:37
What if we could actually
look into cells in the brain
look into cells in the brain
253
625654
2569
Ако можехме наистина
да надзърнем в мозъчните клетки
да надзърнем в мозъчните клетки
10:40
and figure out, wow, here are the 17
molecules that have altered
molecules that have altered
254
628247
3083
и да видим, леле, ето ги 17-те
молекули, които са се изменили
молекули, които са се изменили
10:43
in this brain tissue that has been
undergoing epilepsy
undergoing epilepsy
255
631354
3455
в тази мозъчна тъкан с епилепсия
10:46
or changing in Parkinson's disease
256
634833
1650
или се изменят в Паркинсон,
10:48
or otherwise being altered?
257
636507
1517
или се променят по друг начин?
10:50
If we get that systematic list
of things that are going wrong,
of things that are going wrong,
258
638048
3043
Ако изготвим систематичен списък
на нещата, които не вървят,
на нещата, които не вървят,
10:53
those become our therapeutic targets.
259
641115
2199
те ще се превърнат в терапевтични цели.
10:55
We can build drugs that bind those.
260
643338
1677
Можем да създадем лекарства,
които се свързват с тях.
които се свързват с тях.
10:57
We can maybe aim energy
at different parts of the brain
at different parts of the brain
261
645039
2627
Може би ще насочваме енергия
към различни части на мозъка,
към различни части на мозъка,
10:59
in order to help people
with Parkinson's or epilepsy
with Parkinson's or epilepsy
262
647690
2687
за да помогнем на хората
с Паркинсон или епилепсия
с Паркинсон или епилепсия
11:02
or other conditions that affect
over a billion people
over a billion people
263
650401
2551
или други проблеми, които
афектират над един милиард души
афектират над един милиард души
11:04
around the world.
264
652976
1213
по света.
11:07
Now, something interesting
has been happening.
has been happening.
265
655246
2206
Нещо интересно се случва в момента.
11:09
It turns out that throughout biomedicine,
266
657476
2705
Оказва се, че в биомедицината
11:12
there are other problems
that expansion might help with.
that expansion might help with.
267
660205
2666
има други проблеми,
където експанзията може да помогне.
където експанзията може да помогне.
11:14
This is an actual biopsy
from a human breast cancer patient.
from a human breast cancer patient.
268
662895
3234
Това е биопсия на пациентка,
страдаща от рак на гърдата.
страдаща от рак на гърдата.
11:18
It turns out that if you look at cancers,
269
666505
2188
Оказва се, че ако разгледаме рака,
11:20
if you look at the immune system,
270
668717
1611
ако разгледаме имунната система,
11:22
if you look at aging,
if you look at development --
if you look at development --
271
670352
2513
остаряването, развитието --
11:24
all these processes are involving
large-scale biological systems.
large-scale biological systems.
272
672889
4497
всички тези процеси включват
мащабни биологични системи.
мащабни биологични системи.
11:29
But of course, the problems begin
with those little nanoscale molecules,
with those little nanoscale molecules,
273
677410
4024
Но проблемите започват
с тези малки наноскопични молекули,
с тези малки наноскопични молекули,
11:33
the machines that make the cells
and the organs in our body tick.
and the organs in our body tick.
274
681458
3869
машините, които карат клетките и
органите в тялото ни да тиктакат.
органите в тялото ни да тиктакат.
11:37
So what we're trying
to do now is to figure out
to do now is to figure out
275
685351
2222
Така че сега се опитваме да разберем
11:39
if we can actually use this technology
to map the building blocks of life
to map the building blocks of life
276
687597
3466
дали можем да използваме тази технология,
за да картографираме тухличките на живота
за да картографираме тухличките на живота
11:43
in a wide variety of diseases.
277
691087
1745
в широк набор от болести.
11:44
Can we actually pinpoint
the molecular changes in a tumor
the molecular changes in a tumor
278
692856
2896
Можем ли точно да посочим
молекулярните промени в тумора,
молекулярните промени в тумора,
11:47
so that we can actually
go after it in a smart way
go after it in a smart way
279
695776
2369
така че да го атакуваме по
интелигентен начин
интелигентен начин
11:50
and deliver drugs that might wipe out
exactly the cells that we want to?
exactly the cells that we want to?
280
698169
3944
и да създадем лекарства, които да
унищожат точно клетките, които искаме?
унищожат точно клетките, които искаме?
11:54
You know, a lot of medicine
is very high risk.
is very high risk.
281
702137
2335
Голяма част от медицината
е с много висок риск.
е с много висок риск.
11:56
Sometimes, it's even guesswork.
282
704496
1782
Понякога е дори налучкване.
11:58
My hope is we can actually turn
what might be a high-risk moon shot
what might be a high-risk moon shot
283
706626
3875
Надеждата ми е да можем да превърнем
един високорисков полет до луната
един високорисков полет до луната
12:02
into something that's more reliable.
284
710525
1769
в нещо по-сигурно.
12:04
If you think about the original moon shot,
285
712318
2055
Ако се замислите,
оригиналният полет до луната,
оригиналният полет до луната,
12:06
where they actually landed on the moon,
286
714397
1898
с все кацането на луната,
12:08
it was based on solid science.
287
716319
1444
е бил базиран на солидна наука.
12:09
We understood gravity;
288
717787
1603
Разбирали сме гравитацията;
12:11
we understood aerodynamics.
289
719414
1341
разбирали сме аеродинамиката.
12:12
We knew how to build rockets.
290
720779
1395
Знаели сме как да строим ракети.
12:14
The science risk was under control.
291
722198
2468
Научният риск е бил под контрол.
12:16
It was still a great, great
feat of engineering.
feat of engineering.
292
724690
2753
И въпреки това е бил голям, голям
инженерен подвиг.
инженерен подвиг.
12:19
But in medicine, we don't
necessarily have all the laws.
necessarily have all the laws.
293
727467
2645
Но в медицината все още
не разполагаме с всички закони.
не разполагаме с всички закони.
12:22
Do we have all the laws
that are analogous to gravity,
that are analogous to gravity,
294
730136
3109
Знаем ли всички закони,
аналогични на гравитацията
аналогични на гравитацията
12:25
that are analogous to aerodynamics?
295
733269
2344
или на аеродинамиката?
12:27
I would argue that with technologies
296
735637
1730
Бих казал, че с технологиите,
12:29
like the kinds I'm talking about today,
297
737391
1872
като тази, за която говоря днес,
12:31
maybe we can actually derive those.
298
739287
1693
може би ще можем да ги изведем.
12:33
We can map the patterns
that occur in living systems,
that occur in living systems,
299
741004
2857
Можем да картографираме
моделите в живите системи
моделите в живите системи
12:35
and figure out how to overcome
the diseases that plague us.
the diseases that plague us.
300
743885
4558
и да разберем как да превъзмогнем
болестите, които ни морят.
болестите, които ни морят.
12:41
You know, my wife and I
have two young kids,
have two young kids,
301
749499
2079
Знаете ли, с жена ми
имаме две малки деца
имаме две малки деца
12:43
and one of my hopes as a bioengineer
is to make life better for them
is to make life better for them
302
751602
3234
и една от надеждите ми като
биоинженер е да направя живота им по-добър
биоинженер е да направя живота им по-добър
12:46
than it currently is for us.
303
754860
1729
от нашия понастоящем.
12:48
And my hope is, if we can
turn biology and medicine
turn biology and medicine
304
756613
3730
Надеждата ми е да можем да превърнем
биологията и медицината
биологията и медицината
12:52
from these high-risk endeavors
that are governed by chance and luck,
that are governed by chance and luck,
305
760367
4357
от тези високорискови начинания,
управлявани от шанс и късмет,
управлявани от шанс и късмет,
12:56
and make them things
that we win by skill and hard work,
that we win by skill and hard work,
306
764748
3927
в неща, които извличаме чрез
умения и усърдна работа,
умения и усърдна работа,
13:00
then that would be a great advance.
307
768699
1898
и това би бил страхотен напредък.
13:02
Thank you very much.
308
770621
1206
Благодаря Ви много.
(Ръкопляскане)
13:03
(Applause)
309
771851
10383
ABOUT THE SPEAKER
Ed Boyden - NeuroengineerEd 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.
Ed Boyden | Speaker | TED.com