TEDSummit
Ed Boyden: A new way to study the brain's invisible secrets
Ed Boyden: Studium neviditelných tajemství mozku
Filmed:
Readability: 4
1,501,957 views
Neurovědec Ed Boyden chce vědět, jak malinkaté biomolekuly v našem mozku vytvářejí emoce, myšlenky a pocity - a chce objevit molekulární změny, které vedou k nemocem jako je epilepsie a Alzheimer.
Místo zvětšování těchto neviditelných struktur pomocí mikroskopu se snaží zvětšit je fyzicky.
Podívejte se, jak polymery využívané v dětských plenkách mohou být klíčem k lepšímu pochopení našich mozků.
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
Zdravím všechny.
00:14
I brought with me today a baby diaper.
1
2333
2643
Dnes jsem s sebou přinesl dětskou plenku.
00:18
You'll see why in a second.
2
6793
1722
Za chvilku uvidíte proč.
00:20
Baby diapers have interesting properties.
3
8539
2010
Dětské pleny mají zajímavé vlastnosti.
00:22
They can swell enormously
when you add water to them,
when you add water to them,
4
10573
2691
Když do nich přidáte vodu,
ohromně nabobtnají,
ohromně nabobtnají,
00:25
an experiment done
by millions of kids every day.
by millions of kids every day.
5
13288
2984
což dokazují miliony dětí každý den.
00:28
(Laughter)
6
16296
1150
(smích)
00:29
But the reason why
7
17470
1494
Důvodem je chytrý způsob,
00:30
is that they're designed
in a very clever way.
in a very clever way.
8
18988
2190
jakým jsou navrženy.
00:33
They're made out of a thing
called a swellable material.
called a swellable material.
9
21202
2635
Jsou vyrobeny z takzvaného
bobtnavého materiálu.
bobtnavého materiálu.
00:35
It's a special kind of material that,
when you add water,
when you add water,
10
23861
2737
Jde o speciální látku,
00:38
it will swell up enormously,
11
26622
1430
která po přidání vody
zvětší svůj objem
zvětší svůj objem
00:40
maybe a thousand times in volume.
12
28076
2166
a to až tisíckrát.
00:42
And this is a very useful,
industrial kind of polymer.
industrial kind of polymer.
13
30266
3236
Je to velmi užitečný
průmyslový druh polymeru.
průmyslový druh polymeru.
00:45
But what we're trying to do
in my group at MIT
in my group at MIT
14
33819
2526
V mé skupině na MIT se snažíme zjistit,
00:48
is to figure out if we can do
something similar to the brain.
something similar to the brain.
15
36369
3213
jestli můžeme něco podobného
provést s mozkem.
provést s mozkem.
00:51
Can we make it bigger,
16
39606
1159
Můžeme ho zvětšit?
Dostatečně na to,
abychom nakoukli dovnitř
abychom nakoukli dovnitř
00:52
big enough that you
can peer inside
can peer inside
17
40789
1678
00:54
and see all the tiny building blocks,
the biomolecules,
the biomolecules,
18
42481
2628
a viděli všechny stavební jednotky,
biomolekuly,
biomolekuly,
00:57
how they're organized in three dimensions,
19
45133
2151
jak jsou uspořádány ve třech dimenzích;
tu nejhlubší stukturu mozku?
00:59
the structure, the ground truth
structure of the brain, if you will?
structure of the brain, if you will?
20
47308
3485
01:02
If we could get that,
21
50817
1158
Kdyby se nám to povedlo,
01:03
maybe we could have a better understanding
of how the brain is organized
of how the brain is organized
22
51999
3509
mohli bychom lépe pochopit,
jak je mozek uspořádán,
jak je mozek uspořádán,
aby vytvářel myšlenky a emoce,
01:07
to yield thoughts and emotions
23
55532
1659
01:09
and actions and sensations.
24
57215
1719
akce a pocity.
01:10
Maybe we could try to pinpoint
the exact changes in the brain
the exact changes in the brain
25
58958
3415
Mohli bychom určit
přesné změny v mozku,
přesné změny v mozku,
01:14
that result in diseases,
26
62397
1776
které způsobují nemoci,
01:16
diseases like Alzheimer's
and epilepsy and Parkinson's,
and epilepsy and Parkinson's,
27
64197
3212
nemoci jako je Alzheimer,
epilepsie a Parkinson,
epilepsie a Parkinson,
01:19
for which there are few
treatments, much less cures,
treatments, much less cures,
28
67433
2578
které zatím neumíme léčit,
natož vyléčit,
natož vyléčit,
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
a o nichž často ani nevíme,
01:25
and what's really causing them to occur.
30
73676
2135
co je způsobuje.
01:28
Now, our group at MIT
31
76613
1740
Naše skupina na MIT
01:30
is trying to take
a different point of view
a different point of view
32
78377
2686
se snaží podívat na problém z jiného úhlu,
01:33
from the way neuroscience has
been done over the last hundred years.
been done over the last hundred years.
33
81087
3230
odlišného od zavedených postupů neurovědy.
01:36
We're designers. We're inventors.
34
84341
1579
Jsme návrháři. Jsme vynálezci.
01:37
We're trying to figure out
how to build technologies
how to build technologies
35
85944
2544
Snažíme se vyvinout technologie,
01:40
that let us look at and repair the brain.
36
88512
2456
které nám umožní podívat se na mozek
a opravit jej.
a opravit jej.
01:42
And the reason is,
37
90992
1151
A to proto,
01:44
the brain is incredibly,
incredibly complicated.
incredibly complicated.
38
92167
2801
že je mozek neuvěřitelně komplikovaný.
Jak jsme zjistili
v prvním století neurovědy,
v prvním století neurovědy,
01:47
So what we've learned
over the first century of neuroscience
over the first century of neuroscience
39
95484
2887
01:50
is that the brain is a very
complicated network,
complicated network,
40
98395
2303
mozek je velmi komplikovaná síť
01:52
made out of very specialized
cells called neurons
cells called neurons
41
100722
2480
sestavená ze specializovaných buněk
zvaných neurony,
zvaných neurony,
01:55
with very complex geometries,
42
103226
1667
které mají komplexní geometrii
01:56
and electrical currents will flow
through these complexly shaped neurons.
through these complexly shaped neurons.
43
104917
4237
a skrz které protéká elektrický proud.
02:01
Furthermore, neurons
are connected in networks.
are connected in networks.
44
109653
2784
Mimoto, neurony jsou spojeny do sítí.
02:04
They're connected by little junctions
called synapses that exchange chemicals
called synapses that exchange chemicals
45
112461
3835
A to pomocí malých spojek
zvaných synapse, které si vyměňují látky,
zvaných synapse, které si vyměňují látky,
02:08
and allow the neurons
to talk to each other.
to talk to each other.
46
116320
2218
a tak umožňují neuronům
mezi sebou komunikovat.
mezi sebou komunikovat.
02:10
The density of the brain is incredible.
47
118562
1940
Hustota mozku je neuvěřitelná.
02:12
In a cubic millimeter of your brain,
48
120526
2307
V jednom milimetru krychlovém vašeho mozku
02:14
there are about 100,000 of these neurons
49
122857
2457
se nachází cca 100 000 těchto neuronů
02:17
and maybe a billion of those connections.
50
125338
2517
a možná až miliarda oněch spojení.
02:20
But it's worse.
51
128887
1382
Ale je to horší.
02:22
So, if you could zoom in to a neuron,
52
130293
2305
Pokud si přiblížíme neuron
02:24
and, of course, this is just
our artist's rendition of it.
our artist's rendition of it.
53
132622
2750
- toto je jen umělecká interpretace -
02:27
What you would see are thousands
and thousands of kinds of biomolecules,
and thousands of kinds of biomolecules,
54
135396
4207
uvidíme tisíce a tisíce druhů biomolekul,
02:31
little nanoscale machines
organized in complex, 3D patterns,
organized in complex, 3D patterns,
55
139627
4400
malých nanostrojů,
uspořádaných do komplexních 3D vzorů,
uspořádaných do komplexních 3D vzorů,
02:36
and together they mediate
those electrical pulses,
those electrical pulses,
56
144051
2628
které společně
zprostředkovávají elektrické impulzy,
zprostředkovávají elektrické impulzy,
02:38
those chemical exchanges
that allow neurons to work together
that allow neurons to work together
57
146703
3937
ty látkové výměny, které umožňují
neuronům pracovat společně,
neuronům pracovat společně,
02:42
to generate things like thoughts
and feelings and so forth.
and feelings and so forth.
58
150664
3669
vytvářet myšlenky, pocity a tak dále.
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
Nevíme, jak jsou neurony
v mozku uspořádány,
v mozku uspořádány,
02:50
to form networks,
60
158145
1174
jak vytváří sítě
02:51
and we don't know how
the biomolecules are organized
the biomolecules are organized
61
159343
2500
a nevíme, jak jsou uspořádány biomolekuly
02:53
within neurons
62
161867
1174
uvnitř neuronů,
02:55
to form these complex, organized machines.
63
163065
2405
aby tvořily komplexní stroje.
02:57
If we really want to understand this,
64
165918
1820
Pokud tomu chceme opravdu porozumět,
02:59
we're going to need new technologies.
65
167762
1817
budeme potřebovat nové technologie.
03:01
But if we could get such maps,
66
169603
1784
Pokud bychom získali takovéto mapy
03:03
if we could look at the organization
of molecules and neurons
of molecules and neurons
67
171411
2943
a mohli se podívat
na uspořádání molekul a neuronů
na uspořádání molekul a neuronů
03:06
and neurons and networks,
68
174378
1566
a neuronů a sítí,
03:07
maybe we could really understand
how the brain conducts information
how the brain conducts information
69
175968
3437
možná bychom mohli pochopit,
jak mozek zachází s informacemi
ze senzorických oblastí,
ze senzorických oblastí,
03:11
from sensory regions,
70
179429
1167
03:12
mixes it with emotion and feeling,
71
180620
1736
míchá je s emocemi a pocity
03:14
and generates our decisions and actions.
72
182380
2394
a vytváří naše rozhodnutí a činy.
03:17
Maybe we could pinpoint the exact set
of molecular changes that occur
of molecular changes that occur
73
185131
3789
Možná bychom mohli určit
přesné molekulární změny,
přesné molekulární změny,
které se objevují při mozkové poruše.
03:20
in a brain disorder.
74
188944
1202
03:22
And once we know how
those molecules have changed,
those molecules have changed,
75
190170
2822
A když budeme vědět,
jak se molekuly změnily,
jak se molekuly změnily,
03:25
whether they've increased in number
or changed in pattern,
or changed in pattern,
76
193016
2780
jestli se zvětšil jejich počet
nebo konfigurace,
nebo konfigurace,
03:27
we could use those
as targets for new drugs,
as targets for new drugs,
77
195820
2939
můžeme je použít jako cíle pro nové léky,
03:30
for new ways of delivering
energy into the brain
energy into the brain
78
198783
2271
jako nosiče energie,
03:33
in order to repair the brain
computations that are afflicted
computations that are afflicted
79
201078
3880
která pomůže opravit postižené části mozku
03:36
in patients who suffer
from brain disorders.
from brain disorders.
80
204982
2299
u pacientů s mozkovou poruchou.
03:39
We've all seen lots of different
technologies over the last century
technologies over the last century
81
207793
3243
V posledních sto letech
jsme viděli mnoho různých technologií,
jsme viděli mnoho různých technologií,
které se s tím snažily poprat.
03:43
to try to confront this.
82
211060
1166
03:44
I think we've all seen brain scans
83
212250
1880
Myslím, že všichni známe obrázky mozku,
03:46
taken using MRI machines.
84
214154
2034
které vytváří MRI (mag. rezonance).
03:48
These, of course, have the great power
that they are noninvasive,
that they are noninvasive,
85
216212
3347
Jejich plus je, že jsou neinvazivní
03:51
they can be used on living human subjects.
86
219583
2355
a mohou být použity na živých lidech.
03:54
But also, they're spatially crude.
87
222407
2231
Ale zároveň nejsou dost detailní.
03:56
Each of these blobs that you see,
or voxels, as they're called,
or voxels, as they're called,
88
224662
2990
Každá skvrna, kterou tady vidíte,
neboli takzvaný voxel,
neboli takzvaný voxel,
03:59
can contain millions
and millions of neurons.
and millions of neurons.
89
227676
2689
obsahuje miliony neuronů.
04:02
So it's not at the level of resolution
90
230389
1850
Což rozhodně není úroveň rozlišení,
04:04
where it can pinpoint
the molecular changes that occur
the molecular changes that occur
91
232263
2538
která by nám umožnila
určit molekulární změny
určit molekulární změny
04:06
or the changes in the wiring
of these networks
of these networks
92
234825
2286
nebo změny v sestavení sítí,
04:09
that contributes to our ability
to be conscious and powerful beings.
to be conscious and powerful beings.
93
237135
3946
které se podílejí na našem vědomí.
04:13
At the other extreme,
you have microscopes.
you have microscopes.
94
241797
3181
Druhým extrémem jsou mikroskopy.
04:17
Microscopes, of course, will use light
to look at little tiny things.
to look at little tiny things.
95
245002
3295
Ty používají světlo ke zvětšení
malých věciček.
malých věciček.
04:20
For centuries, they've been used
to look at things like bacteria.
to look at things like bacteria.
96
248321
3075
Staletí se využívají
k pozorování bakterií.
k pozorování bakterií.
04:23
For neuroscience,
97
251420
1151
Před 130 lety
04:24
microscopes are actually how neurons
were discovered in the first place,
were discovered in the first place,
98
252595
3412
neurovědci použili mikroskop
04:28
about 130 years ago.
99
256031
1292
a objevili tak neurony.
04:29
But light is fundamentally limited.
100
257347
2318
Ale světlo je v podstatě limitováno.
04:31
You can't see individual molecules
with a regular old microscope.
with a regular old microscope.
101
259689
3298
S běžným mikroskopem
nemůžete vidět jednotlivé molekuly.
nemůžete vidět jednotlivé molekuly.
04:35
You can't look at these tiny connections.
102
263011
2152
Nemůžete se dívat na ta malá spojení.
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
Takže pokud se chceme podívat
04:41
to get down to the ground truth structure,
104
269153
2168
na pravou strukturu mozku,
04:43
we're going to need to have
even better technologies.
even better technologies.
105
271345
3280
budeme potřebovat ještě lepší technologie.
04:47
My group, a couple years ago,
started thinking:
started thinking:
106
275611
2224
Mou skupinu před pár lety napadlo:
04:49
Why don't we do the opposite?
107
277859
1412
Proč to neudělat naopak?
04:51
If it's so darn complicated
to zoom in to the brain,
to zoom in to the brain,
108
279295
2461
Když je tak těžké přiblížit mozek,
04:53
why can't we make the brain bigger?
109
281780
1943
proč ho nezkusíme zvětšit?
04:56
It initially started
110
284166
1155
Začínali jsme se dvěma
postgraduálními studenty,
postgraduálními studenty,
04:57
with two grad students in my group,
Fei Chen and Paul Tillberg.
Fei Chen and Paul Tillberg.
111
285345
2996
kterými byli Fei Chen a Paul Tillberg.
05:00
Now many others in my group
are helping with this process.
are helping with this process.
112
288365
2720
Dneska nám pomáhá více lidí.
05:03
We decided to try to figure out
if we could take polymers,
if we could take polymers,
113
291109
2762
Rozhodli jsme se zjistit,
jestli můžeme vzít polymery,
jestli můžeme vzít polymery,
05:05
like the stuff in the baby diaper,
114
293895
1629
jako ty v dětských plenách,
05:07
and install it physically
within the brain.
within the brain.
115
295548
2006
a fyzicky je vložit do mozku.
Pokud to uděláme správně
a přidáme vodu,
a přidáme vodu,
05:09
If we could do it just right,
and you add water,
and you add water,
116
297578
2241
mohli bychom mozek nafouknout
05:11
you can potentially blow the brain up
117
299843
1835
05:13
to where you could distinguish
those tiny biomolecules from each other.
those tiny biomolecules from each other.
118
301702
3377
a rozlišit tak od sebe
jednotlivé biomolekuly.
jednotlivé biomolekuly.
05:17
You would see those connections
and get maps of the brain.
and get maps of the brain.
119
305103
2870
Viděli bychom tak ona spojení
a získali "mapu" mozku.
a získali "mapu" mozku.
05:19
This could potentially be quite dramatic.
120
307997
1988
A tady to začíná být zajímavé.
05:22
We brought a little demo here.
121
310009
3008
Předvedu vám krátkou ukázku.
05:25
We got some purified baby diaper material.
122
313538
2575
Vzali jsme čistý materiál plenek.
05:28
It's much easier
just to buy it off the Internet
just to buy it off the Internet
123
316137
2274
Je snažší koupit ho na internetu,
05:30
than to extract the few grains
that actually occur in these diapers.
that actually occur in these diapers.
124
318435
3475
než extrahovat pár zrnek
ze skutečné plenky.
ze skutečné plenky.
05:33
I'm going to put just one teaspoon here
125
321934
2225
Dám jednu lžičku čistého polymeru
05:36
of this purified polymer.
126
324706
1794
sem do misky.
05:39
And here we have some water.
127
327270
2152
A tady máme trochu vody.
05:41
What we're going to do
128
329446
1162
Uvidíme,
05:42
is see if this teaspoon
of the baby diaper material
of the baby diaper material
129
330632
3011
jestli dokáže tenhle plenkový materiál
05:45
can increase in size.
130
333667
1709
zvětšit svůj objem.
05:48
You're going to see it increase in volume
by about a thousandfold
by about a thousandfold
131
336687
3696
Na vlastní oči uvidíte,
jak zvětší svůj objem asi tisíckrát.
05:52
before your very eyes.
132
340407
1286
06:01
I could pour much more of this in there,
133
349597
1972
Mohl bych tam nalít více vody,
06:03
but I think you've got the idea
134
351593
1558
ale myslím, že jste pochopili,
06:05
that this is a very,
very interesting molecule,
very interesting molecule,
135
353175
2502
že se jedná o velmi zajímavou molekulu,
06:07
and if can use it in the right way,
136
355701
1912
která nám umožní
06:09
we might be able
to really zoom in on the brain
to really zoom in on the brain
137
357637
2321
doopravdy přiblížit mozek a to způsobem,
o kterém si současné technologie
mohou nechat jen zdát.
mohou nechat jen zdát.
06:11
in a way that you can't do
with past technologies.
with past technologies.
138
359982
2594
06:15
OK. So a little bit of chemistry now.
139
363227
2054
OK, a teď trochu chemie.
06:17
What's going on
in the baby diaper polymer?
in the baby diaper polymer?
140
365305
2442
Co se děje v plenkovém polymeru?
06:19
If you could zoom in,
141
367771
1676
Kdybychom ho mohli přiblížit,
06:21
it might look something like
what you see on the screen.
what you see on the screen.
142
369471
2673
vypadal by asi nějak takhle.
06:24
Polymers are chains of atoms
arranged in long, thin lines.
arranged in long, thin lines.
143
372168
4492
Polymery jsou dlouhé tenké řetězce atomů.
06:28
The chains are very tiny,
144
376684
1367
Tyto řetězce jsou drobné,
06:30
about the width of a biomolecule,
145
378075
1864
jen na šířku biomolekuly
06:31
and these polymers are really dense.
146
379963
1747
a jsou opravdu husté.
06:33
They're separated by distances
147
381734
1500
Mezi nimi je mezera
06:35
that are around the size of a biomolecule.
148
383258
2252
o velikosti molekuly.
06:37
This is very good
149
385534
1165
A to je dobře,
06:38
because we could potentially
move everything apart in the brain.
move everything apart in the brain.
150
386723
3041
protože teoreticky od sebe
můžeme oddělit každý kousek mozku.
můžeme oddělit každý kousek mozku.
06:41
If we add water, what will happen is,
151
389788
1848
Když přidáme vodu,
06:43
this swellable material
is going to absorb the water,
is going to absorb the water,
152
391660
2515
bobtnavý materiál absorbuje vodu,
06:46
the polymer chains will move
apart from each other,
apart from each other,
153
394199
2400
polymerové řetězce se od sebe oddělí
06:48
and the entire material
is going to become bigger.
is going to become bigger.
154
396623
2634
a všechen materiál se zvětší.
06:51
And because these chains are so tiny
155
399615
1814
Protože jsou tyto řetězce tak malé
06:53
and spaced by biomolecular distances,
156
401453
2205
a mezery mezi nimi také,
06:55
we could potentially blow up the brain
157
403682
2039
můžeme mozek nafouknout,
06:57
and make it big enough to see.
158
405745
1633
abychom vše lépe viděli.
07:00
Here's the mystery, then:
159
408020
1240
Ptáme se tedy:
07:01
How do we actually make
these polymer chains inside the brain
these polymer chains inside the brain
160
409284
3610
Jak můžeme dostat tyto polymery do mozku
07:04
so we can move all the biomolecules apart?
161
412918
2239
a oddělit biomolekuly od sebe?
07:07
If we could do that,
162
415181
1151
Když se nám to povede,
07:08
maybe we could get
ground truth maps of the brain.
ground truth maps of the brain.
163
416356
2397
můžeme získat přesné mapy mozku.
07:10
We could look at the wiring.
164
418777
1389
Můžeme se podívat na spoje.
07:12
We can peer inside
and see the molecules within.
and see the molecules within.
165
420190
3157
Můžeme nakouknout dovnitř
a spatřit molekuly.
a spatřit molekuly.
07:15
To explain this, we made some animations
166
423925
2481
Abych to lépe vysvětlil,
07:18
where we actually look
at, in these artist renderings,
at, in these artist renderings,
167
426430
2603
podívejme se na umělecké animace,
07:21
what biomolecules might look
like and how we might separate them.
like and how we might separate them.
168
429057
3541
jak by mohly biomolekuly vypadat
a jak je můžeme oddělit.
a jak je můžeme oddělit.
07:24
Step one: what we'd have
to do, first of all,
to do, first of all,
169
432622
2549
Krok 1: Ze všecho nejdřív
07:27
is attach every biomolecule,
shown in brown here,
shown in brown here,
170
435195
3389
připevníme každou molekulu,
tady jsou zobrazeny hnědě,
tady jsou zobrazeny hnědě,
07:30
to a little anchor, a little handle.
171
438608
2159
k malé kotvě nebo rukojeti.
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
Musíme tyto části od sebe oddělit,
07:35
and to do that, we need
to have a little handle
to have a little handle
173
443910
2326
a k tomu potřebujeme rukojeť,
07:38
that allows those polymers to bind to them
174
446260
2285
na kterou se polymery navážou
07:40
and to exert their force.
175
448569
1542
a využijí její sílu.
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
Kdybychom vzali plenkový polymer
a vysypali ho na mozek,
a vysypali ho na mozek,
07:46
obviously, it's going to sit there on top.
177
454463
2037
samozřejmě by zůstal jen na povrchu.
07:48
So we need to find a way
to make the polymers inside.
to make the polymers inside.
178
456524
2528
Takže musíme najít způsob,
jak ho vyrobit uvnitř.
jak ho vyrobit uvnitř.
07:51
And this is where we're really lucky.
179
459076
1788
A tady jsme měli štěstí.
07:52
It turns out, you can
get the building blocks,
get the building blocks,
180
460888
2188
Ukazuje se, že můžeme
vzít "základní kameny",
vzít "základní kameny",
07:55
monomers, as they're called,
181
463100
1372
které nazýváme monomery,
07:56
and if you let them go into the brain
182
464496
1784
dát je do mozku
07:58
and then trigger the chemical reactions,
183
466304
2036
a spustit chemické reakce,
08:00
you can get them to form
those long chains,
those long chains,
184
468364
2702
díky kterým se spojí v dlouhé řetězce
08:03
right there inside the brain tissue.
185
471090
1798
přímo uvnitř mozkové tkáně.
08:05
They're going to wind their way
around biomolecules
around biomolecules
186
473325
2397
Omotají se okolo biomolekul
08:07
and between biomolecules,
187
475746
1221
propletou se mezi nimi
08:08
forming those complex webs
188
476991
1625
a vytvoří komplexní sítě,
08:10
that will allow you, eventually,
to pull apart the molecules
to pull apart the molecules
189
478640
2862
které nám umožní
jednotlivé molekuly
od sebe oddělit.
od sebe oddělit.
08:13
from each other.
190
481526
1175
08:14
And every time one
of those little handles is around,
of those little handles is around,
191
482725
3054
A pokaždé, když polymer narazí na rukojeť,
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
naváže se na ni,
a to je to, co potřebujeme,
abychom mohli molekuly od sebe oddělit.
abychom mohli molekuly od sebe oddělit.
08:21
in order to pull the molecules
apart from each other.
apart from each other.
193
489177
2531
08:23
All right, the moment of truth.
194
491732
1693
A nyní, okamžik pravdy.
08:25
We have to treat this specimen
195
493449
2148
Musíme náš vzorek chemicky upravit,
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
aby vazby mezi molekulami povolily,
08:31
and then, when we add water,
197
499091
1836
a pak, když přidáme vodu,
08:32
that swellable material is going
to start absorbing the water,
to start absorbing the water,
198
500951
2953
bobtnavý materiál vodu nasaje,
08:35
the polymer chains will move apart,
199
503928
1703
polymerové řetězce se oddělí
08:37
but now, the biomolecules
will come along for the ride.
will come along for the ride.
200
505655
2722
ale tentokrát s sebou vezmou
i biomolekuly.
i biomolekuly.
08:40
And much like drawing
a picture on a balloon,
a picture on a balloon,
201
508401
2164
Tak jako obrázek nakreslený na balónku,
08:42
and then you blow up the balloon,
202
510589
1587
který poté nafouknete,
08:44
the image is the same,
203
512200
1290
obraz zůstane stejný,
08:45
but the ink particles have moved
away from each other.
away from each other.
204
513514
2548
jenom se od sebe jednotlivé body vzdálí.
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
A přesně tohle nyní dokážeme
ve třech dimenzích.
ve třech dimenzích.
08:51
There's one last trick.
206
519577
1999
Ještě poslední trik.
08:53
As you can see here,
207
521600
1218
Jak můžete vidět,
08:54
we've color-coded
all the biomolecules brown.
all the biomolecules brown.
208
522842
2109
obarvili jsme všechny
biomolekuly na hnědo.
biomolekuly na hnědo.
08:56
That's because they all
kind of look the same.
kind of look the same.
209
524975
2170
To proto, že všechny
vypadají v podstatě stejně.
vypadají v podstatě stejně.
08:59
Biomolecules are made
out of the same atoms,
out of the same atoms,
210
527169
2105
Jsou vytvořeny ze stejných atomů,
09:01
but just in different orders.
211
529298
2240
jenom v jiném pořadí.
09:03
So we need one last thing
212
531562
1500
Potřebujeme tedy poslední věc,
09:05
in order to make them visible.
213
533086
1695
abychom je zviditelnili.
09:06
We have to bring in little tags,
214
534805
1579
Označkujeme je za pomocí jasných barev
09:08
with glowing dyes
that will distinguish them.
that will distinguish them.
215
536408
3019
a tak je rozlišíme.
09:11
So one kind of biomolecule
might get a blue color.
might get a blue color.
216
539451
2673
Jeden typ molekul bude modrý.
09:14
Another kind of biomolecule
might get a red color.
might get a red color.
217
542148
2351
Další červený,
09:16
And so forth.
218
544523
1276
a tak dále.
09:17
And that's the final step.
219
545823
1552
To je poslední krok.
09:19
Now we can look at something like a brain
220
547399
2278
Nyní se můžeme podívat na mozek
09:21
and look at the individual molecules,
221
549701
1796
a vidět jednotlivé molekuly,
09:23
because we've moved them
far apart enough from each other
far apart enough from each other
222
551521
2707
protože jsme je od sebe
vzdálili natolik,
vzdálili natolik,
09:26
that we can tell them apart.
223
554252
1698
že je dokážeme rozlišit.
09:27
So the hope here is that
we can make the invisible visible.
we can make the invisible visible.
224
555974
2834
Myšlenka je tedy taková,
že neviditelné zviditelníme.
že neviditelné zviditelníme.
09:30
We can turn things that might seem
small and obscure
small and obscure
225
558832
2566
Můžeme vzít malé a nejasné věci
09:33
and blow them up
226
561422
1151
a nafouknout je
09:34
until they're like constellations
of information about life.
of information about life.
227
562597
3177
a číst v nich informace o životě.
09:37
Here's an actual video
of what it might look like.
of what it might look like.
228
565798
2375
Toto je skutečné video,
jak by to mohlo vypadat.
jak by to mohlo vypadat.
09:40
We have here a little brain in a dish --
229
568197
2371
Máme malý mozek na misce,
09:42
a little piece of a brain, actually.
230
570592
1747
vlastně kousek mozku.
09:44
We've infused the polymer in,
231
572363
1596
Nalili jsme dovnitř polymer
09:45
and now we're adding water.
232
573983
1467
a teď přidáme vodu.
09:47
What you'll see is that,
right before your eyes --
right before your eyes --
233
575474
2358
Uvidíte na vlastní oči --
09:49
this video is sped up about sixtyfold --
234
577856
1923
je to asi šedesátkrát zrychlené --
09:51
this little piece of brain tissue
is going to grow.
is going to grow.
235
579803
2725
jak tento malý kousek mozkové tkáně roste.
09:54
It can increase by a hundredfold
or even more in volume.
or even more in volume.
236
582552
3180
Může zvětšit svůj objem až tisíckrát.
09:57
And the cool part is, because
those polymers are so tiny,
those polymers are so tiny,
237
585756
2949
A ta nejsuprovnější část je,
že polymery jsou tak malé,
že polymery jsou tak malé,
10:00
we're separating biomolecules
evenly from each other.
evenly from each other.
238
588729
2559
že oddělují biomolekuly
od sebe rovnoměrně.
od sebe rovnoměrně.
10:03
It's a smooth expansion.
239
591312
1658
Je to hladká expanze.
10:04
We're not losing the configuration
of the information.
of the information.
240
592994
2687
Neztrácíme konfiguraci informací.
10:07
We're just making it easier to see.
241
595705
2700
Jenom je zviditelňujeme.
10:11
So now we can take
actual brain circuitry --
actual brain circuitry --
242
599333
2176
Takže můžeme vzít
reálný mozkový obvod --
reálný mozkový obvod --
10:13
here's a piece of the brain
involved with, for example, memory --
involved with, for example, memory --
243
601533
3134
například kousek obsahující paměť --
10:16
and we can zoom in.
244
604691
1263
a zvětšit si ho.
10:17
We can start to actually look at
how circuits are configured.
how circuits are configured.
245
605978
2890
Můžeme se podívat,
jak obvody vypadají ve skutečnosti.
jak obvody vypadají ve skutečnosti.
10:20
Maybe someday we could read out a memory.
246
608892
1968
Jednoho dne možná budeme číst v paměti.
10:22
Maybe we could actually look
at how circuits are configured
at how circuits are configured
247
610884
2779
Mohli bychom vidět, jak obvody pracují,
10:25
to process emotions,
248
613687
1152
jak zpracovávají emoce,
10:26
how the actual wiring
of our brain is organized
of our brain is organized
249
614863
2922
a jak uspořádání spojení
10:29
in order to make us who we are.
250
617809
2567
tvoří to, čím jsme.
10:32
And of course, we can pinpoint, hopefully,
251
620400
2047
A snad budeme moci ukázat
10:34
the actual problems in the brain
at a molecular level.
at a molecular level.
252
622471
3159
na skutečné problémy v mozku
na molekulární úrovni.
na molekulární úrovni.
10:37
What if we could actually
look into cells in the brain
look into cells in the brain
253
625654
2569
Co kdybychom se mohli
skutečně podívat do buněk mozku
skutečně podívat do buněk mozku
10:40
and figure out, wow, here are the 17
molecules that have altered
molecules that have altered
254
628247
3083
a říct: Jé, tady se změnilo
17 molekul tkáně,
17 molekul tkáně,
10:43
in this brain tissue that has been
undergoing epilepsy
undergoing epilepsy
255
631354
3455
kvůli epilepsii
10:46
or changing in Parkinson's disease
256
634833
1650
nebo Parkinosově chorobě
10:48
or otherwise being altered?
257
636507
1517
nebo bylo jinak změněno?
10:50
If we get that systematic list
of things that are going wrong,
of things that are going wrong,
258
638048
3043
Když dostaneme systematický seznam věcí,
které jsou špatně,
které jsou špatně,
10:53
those become our therapeutic targets.
259
641115
2199
zaměříme na ně terapii.
10:55
We can build drugs that bind those.
260
643338
1677
Můžeme na ně navázat léky.
10:57
We can maybe aim energy
at different parts of the brain
at different parts of the brain
261
645039
2627
Můžeme cílit energii
do různých částí mozku,
do různých částí mozku,
10:59
in order to help people
with Parkinson's or epilepsy
with Parkinson's or epilepsy
262
647690
2687
abychom pomohli lidem
s Parkinsonem nebo epilepsií
s Parkinsonem nebo epilepsií
11:02
or other conditions that affect
over a billion people
over a billion people
263
650401
2551
nebo s jinými potížemi,
které postihují miliardy lidí
které postihují miliardy lidí
11:04
around the world.
264
652976
1213
po celém světě.
11:07
Now, something interesting
has been happening.
has been happening.
265
655246
2206
Děje se něco zajímavého.
11:09
It turns out that throughout biomedicine,
266
657476
2705
V celé biomedicíně se ukazuje,
11:12
there are other problems
that expansion might help with.
that expansion might help with.
267
660205
2666
že expanze by mohla pomoci
s dalšími problémy.
s dalšími problémy.
11:14
This is an actual biopsy
from a human breast cancer patient.
from a human breast cancer patient.
268
662895
3234
Toto je skutečná biopsie
lidského nádoru prsu.
lidského nádoru prsu.
11:18
It turns out that if you look at cancers,
269
666505
2188
Když se podíváme na rakovinu,
11:20
if you look at the immune system,
270
668717
1611
na imunitní systém,
11:22
if you look at aging,
if you look at development --
if you look at development --
271
670352
2513
na stárnutí,
na vývoj --
na vývoj --
11:24
all these processes are involving
large-scale biological systems.
large-scale biological systems.
272
672889
4497
všechny tyto procesy zahrnují
biologické systémy ve velkém měřítku.
biologické systémy ve velkém měřítku.
11:29
But of course, the problems begin
with those little nanoscale molecules,
with those little nanoscale molecules,
273
677410
4024
Ale problém nastává u molekul
v nano velikosti,
v nano velikosti,
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
stroječků, které ovládají buňky a orgány.
11:37
So what we're trying
to do now is to figure out
to do now is to figure out
275
685351
2222
Takže se snažíme zjistit,
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
jestli můžeme tuto technologii
mapování stavebních kamenů života
mapování stavebních kamenů života
11:43
in a wide variety of diseases.
277
691087
1745
použít v širší škále onemocnění.
11:44
Can we actually pinpoint
the molecular changes in a tumor
the molecular changes in a tumor
278
692856
2896
Můžem skutečně určit
molekulární změny v nádoru,
molekulární změny v nádoru,
11:47
so that we can actually
go after it in a smart way
go after it in a smart way
279
695776
2369
abychom na něj mohli jít chytřeji
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
a dodat léky, které odstraní
přesně ty buňky, které chceme?
přesně ty buňky, které chceme?
11:54
You know, a lot of medicine
is very high risk.
is very high risk.
281
702137
2335
Víte, v medicíně je všechno velký risk.
11:56
Sometimes, it's even guesswork.
282
704496
1782
Někdy je to dokonce tipování.
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
Já doufám, že tento krok do neznáma
12:02
into something that's more reliable.
284
710525
1769
učiníme něčím spolehlivějším.
12:04
If you think about the original moon shot,
285
712318
2055
Když si vybavíte první cestu na Měsíc,
12:06
where they actually landed on the moon,
286
714397
1898
kdy skutečně přistáli na Měsíci,
12:08
it was based on solid science.
287
716319
1444
byla založena na solidní vědě.
12:09
We understood gravity;
288
717787
1603
Rozuměli jsme gravitaci,
12:11
we understood aerodynamics.
289
719414
1341
rozuměli jsme aerodynamice.
12:12
We knew how to build rockets.
290
720779
1395
Uměli jsme postavit rakety.
12:14
The science risk was under control.
291
722198
2468
Byl to vědecky kontrolovaný risk.
12:16
It was still a great, great
feat of engineering.
feat of engineering.
292
724690
2753
Pořád to byl skvělý výkon techniky.
12:19
But in medicine, we don't
necessarily have all the laws.
necessarily have all the laws.
293
727467
2645
Ale v medicíně nutně
nemáme všechny zákony.
nemáme všechny zákony.
12:22
Do we have all the laws
that are analogous to gravity,
that are analogous to gravity,
294
730136
3109
Máme analogii ke gravitaci?
12:25
that are analogous to aerodynamics?
295
733269
2344
Analogii k aerodynamice?
12:27
I would argue that with technologies
296
735637
1730
Tvrdil bych, že s technologiemi,
12:29
like the kinds I'm talking about today,
297
737391
1872
o jakých dnes mluvím,
12:31
maybe we can actually derive those.
298
739287
1693
je možná můžeme odvodit.
12:33
We can map the patterns
that occur in living systems,
that occur in living systems,
299
741004
2857
Můžeme zmapovat schémata
v živých systémech,
v živých systémech,
12:35
and figure out how to overcome
the diseases that plague us.
the diseases that plague us.
300
743885
4558
a zjistit, jak překonat nemoci,
které nás trápí.
které nás trápí.
12:41
You know, my wife and I
have two young kids,
have two young kids,
301
749499
2079
Víte, se ženou máme dvě malé děti
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
a jednou z mých nadějí jako bioinženýra,
je udělat pro ně život lepší,
než jaký ho máme my.
než jaký ho máme my.
12:46
than it currently is for us.
303
754860
1729
12:48
And my hope is, if we can
turn biology and medicine
turn biology and medicine
304
756613
3730
Doufám, že změníme biologii a medicínu
12:52
from these high-risk endeavors
that are governed by chance and luck,
that are governed by chance and luck,
305
760367
4357
z vysoce riskantních snah,
které záleží na štěstí
které záleží na štěstí
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
a uděláme z nich obory,
které vítězí umem a tvrdou prací;
které vítězí umem a tvrdou prací;
13:00
then that would be a great advance.
307
768699
1898
pak získáme velkou výhodu.
13:02
Thank you very much.
308
770621
1206
Děkuji mnohokrát.
13:03
(Applause)
309
771851
10383
(Potlesk)
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