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Ed Boyden: A new way to study the brain's invisible secrets
Ed Boyden: Pañales para bebés inspiraron esta nueva forma de estudiar el cerebro
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El neuroingeniero Ed Boyden quiere saber cómo las pequeñas biomoléculas del cerebro generan emociones, pensamientos y sentimientos, y quiere encontrar los cambios moleculares que conducen a trastornos como la epilepsia y el Alzheimer. En lugar de ampliar estas estructuras invisibles al microscopio, se pregunta: ¿Qué pasaría si las ampliáramos físicamente y las hiciéramos más fáciles de ver? Aprende cómo los mismos polímeros utilizados para hinchar pañales para bebés podrían ser una clave para entender mejor nuestro cerebro.
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
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00:12
Hello, everybody.
0
904
1405
Hola a todos.
00:14
I brought with me today a baby diaper.
1
2333
2643
Hoy traje un pañal de bebé.
Ya verán por qué en un segundo.
00:18
You'll see why in a second.
2
6793
1722
Los pañales tienen
propiedades interesantes.
propiedades interesantes.
00:20
Baby diapers have interesting properties.
3
8539
2010
00:22
They can swell enormously
when you add water to them,
when you add water to them,
4
10573
2691
Pueden hincharse enormemente
al agregarles agua;
al agregarles agua;
00:25
an experiment done
by millions of kids every day.
by millions of kids every day.
5
13288
2984
millones de niños realizan
este experimento cada día.
este experimento cada día.
00:28
(Laughter)
6
16296
1150
(Risas)
00:29
But the reason why
7
17470
1494
Esto se debe a que
00:30
is that they're designed
in a very clever way.
in a very clever way.
8
18988
2190
tienen un diseño muy inteligente.
00:33
They're made out of a thing
called a swellable material.
called a swellable material.
9
21202
2635
Están hechos de un material hinchable.
00:35
It's a special kind of material that,
when you add water,
when you add water,
10
23861
2737
Es un material especial que,
al agregarle agua,
al agregarle agua,
00:38
it will swell up enormously,
11
26622
1430
se hincha enormemente,
00:40
maybe a thousand times in volume.
12
28076
2166
quizá mil veces su volumen.
00:42
And this is a very useful,
industrial kind of polymer.
industrial kind of polymer.
13
30266
3236
Es un polímero industrial muy útil.
00:45
But what we're trying to do
in my group at MIT
in my group at MIT
14
33819
2526
En mi grupo del MIT tratamos
00:48
is to figure out if we can do
something similar to the brain.
something similar to the brain.
15
36369
3213
de averiguar si podemos hacer
algo similar con el cerebro.
algo similar con el cerebro.
¿Podemos expandirlo
00:51
Can we make it bigger,
16
39606
1159
00:52
big enough that you
can peer inside
can peer inside
17
40789
1678
lo suficiente como para ver dentro
00:54
and see all the tiny building blocks,
the biomolecules,
the biomolecules,
18
42481
2628
los diminutos bloques de construcción,
las biomoléculas,
las biomoléculas,
00:57
how they're organized in three dimensions,
19
45133
2151
su organización tridimensional,
00:59
the structure, the ground truth
structure of the brain, if you will?
structure of the brain, if you will?
20
47308
3485
la estructura, la verdadera estructura
del cerebro, por así decirlo?
del cerebro, por así decirlo?
Si pudiéramos conseguirlo,
01:02
If we could get that,
21
50817
1158
01:03
maybe we could have a better understanding
of how the brain is organized
of how the brain is organized
22
51999
3509
quizá podríamos entender cabalmente
cómo se organiza el cerebro
cómo se organiza el cerebro
para producir pensamientos, emociones,
01:07
to yield thoughts and emotions
23
55532
1659
01:09
and actions and sensations.
24
57215
1719
acciones y sensaciones.
Tal vez podríamos identificar
los cambios exactos en el cerebro
los cambios exactos en el cerebro
01:10
Maybe we could try to pinpoint
the exact changes in the brain
the exact changes in the brain
25
58958
3415
01:14
that result in diseases,
26
62397
1776
que dan lugar a enfermedades,
01:16
diseases like Alzheimer's
and epilepsy and Parkinson's,
and epilepsy and Parkinson's,
27
64197
3212
enfermedades como el Alzheimer,
la epilepsia y el Parkinson,
la epilepsia y el Parkinson,
para las que hay pocos tratamientos,
y mucho menos curas,
y mucho menos curas,
01:19
for which there are few
treatments, much less cures,
treatments, much less cures,
28
67433
2578
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
y de las que, muy a menudo,
desconocemos la causa o el origen
desconocemos la causa o el origen
01:25
and what's really causing them to occur.
30
73676
2135
y lo que realmente las produce.
01:28
Now, our group at MIT
31
76613
1740
Nuestro grupo en el MIT
01:30
is trying to take
a different point of view
a different point of view
32
78377
2686
trata de verlo desde un punto diferente
01:33
from the way neuroscience has
been done over the last hundred years.
been done over the last hundred years.
33
81087
3230
al que lo estudió la neurociencia
en los últimos cien años.
en los últimos cien años.
Somos diseñadores.
Somos inventores.
Somos inventores.
01:36
We're designers. We're inventors.
34
84341
1579
01:37
We're trying to figure out
how to build technologies
how to build technologies
35
85944
2544
Tratamos de averiguar
cómo construir tecnologías
cómo construir tecnologías
01:40
that let us look at and repair the brain.
36
88512
2456
que nos permitan analizar
y reparar el cerebro.
y reparar el cerebro.
01:42
And the reason is,
37
90992
1151
La razón es que
01:44
the brain is incredibly,
incredibly complicated.
incredibly complicated.
38
92167
2801
el cerebro es extremadamente complicado.
01:47
So what we've learned
over the first century of neuroscience
over the first century of neuroscience
39
95484
2887
Durante el primer siglo de neurociencia
hemos aprendido
hemos aprendido
01:50
is that the brain is a very
complicated network,
complicated network,
40
98395
2303
que el cerebro es una red muy complicada,
01:52
made out of very specialized
cells called neurons
cells called neurons
41
100722
2480
formada por células
muy especializadas llamadas neuronas
muy especializadas llamadas neuronas
01:55
with very complex geometries,
42
103226
1667
con geometrías muy complejas,
01:56
and electrical currents will flow
through these complexly shaped neurons.
through these complexly shaped neurons.
43
104917
4237
y corrientes eléctricas que fluyen
por estas neuronas en forma compleja.
por estas neuronas en forma compleja.
02:01
Furthermore, neurons
are connected in networks.
are connected in networks.
44
109653
2784
Además, las neuronas
están conectadas en redes.
están conectadas en redes.
02:04
They're connected by little junctions
called synapses that exchange chemicals
called synapses that exchange chemicals
45
112461
3835
Están conectadas por pequeñas cruces,
las sinapsis, que intercambian químicos
las sinapsis, que intercambian químicos
02:08
and allow the neurons
to talk to each other.
to talk to each other.
46
116320
2218
que les permiten hablar unas con otras.
02:10
The density of the brain is incredible.
47
118562
1940
La densidad del cerebro es increíble.
02:12
In a cubic millimeter of your brain,
48
120526
2307
En un milímetro cúbico del cerebro
02:14
there are about 100,000 of these neurons
49
122857
2457
hay unas 100 000 neuronas
02:17
and maybe a billion of those connections.
50
125338
2517
y quizá mil millones de conexiones.
02:20
But it's worse.
51
128887
1382
Pero es peor.
02:22
So, if you could zoom in to a neuron,
52
130293
2305
Si pudiéramos ampliar una neurona
02:24
and, of course, this is just
our artist's rendition of it.
our artist's rendition of it.
53
132622
2750
y, claro, esta es una
interpretación artística,
interpretación artística,
02:27
What you would see are thousands
and thousands of kinds of biomolecules,
and thousands of kinds of biomolecules,
54
135396
4207
podríamos ver miles y miles
de tipos de biomoléculas,
de tipos de biomoléculas,
02:31
little nanoscale machines
organized in complex, 3D patterns,
organized in complex, 3D patterns,
55
139627
4400
pequeñas máquinas a escala nanométrica
organizadas en patrones complejos, 3D,
organizadas en patrones complejos, 3D,
02:36
and together they mediate
those electrical pulses,
those electrical pulses,
56
144051
2628
y juntas medirían esos pulsos eléctricos,
02:38
those chemical exchanges
that allow neurons to work together
that allow neurons to work together
57
146703
3937
esos intercambios químicos que les
permiten a las neuronas trabajar juntas
permiten a las neuronas trabajar juntas
02:42
to generate things like thoughts
and feelings and so forth.
and feelings and so forth.
58
150664
3669
para generar pensamientos,
sentimientos, etcétera.
sentimientos, etcétera.
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
Pero no sabemos cómo se organizan
las neuronas en el cerebro
las neuronas en el cerebro
02:50
to form networks,
60
158145
1174
para formar redes,
02:51
and we don't know how
the biomolecules are organized
the biomolecules are organized
61
159343
2500
y no sabemos cómo se organizan
las biomoléculas
las biomoléculas
dentro de las neuronas
02:53
within neurons
62
161867
1174
02:55
to form these complex, organized machines.
63
163065
2405
para formar estas máquinas
organizadas y complejas.
organizadas y complejas.
02:57
If we really want to understand this,
64
165918
1820
Si realmente queremos entender esto,
vamos a necesitar nuevas tecnologías.
02:59
we're going to need new technologies.
65
167762
1817
Pero si pudiéramos conseguir estos mapas,
03:01
But if we could get such maps,
66
169603
1784
03:03
if we could look at the organization
of molecules and neurons
of molecules and neurons
67
171411
2943
si pudiéramos mirar la organización
de las moléculas y las neuronas
de las moléculas y las neuronas
03:06
and neurons and networks,
68
174378
1566
y las neuronas y las redes,
03:07
maybe we could really understand
how the brain conducts information
how the brain conducts information
69
175968
3437
quizá podríamos entender realmente
cómo el cerebro lleva información
cómo el cerebro lleva información
03:11
from sensory regions,
70
179429
1167
de las regiones sensoriales,
03:12
mixes it with emotion and feeling,
71
180620
1736
la mezcla con la emoción
y el sentimiento,
y el sentimiento,
03:14
and generates our decisions and actions.
72
182380
2394
y genera nuestras decisiones y acciones.
Quizá podríamos identificar el conjunto
exacto de cambios moleculares que ocurren
exacto de cambios moleculares que ocurren
03:17
Maybe we could pinpoint the exact set
of molecular changes that occur
of molecular changes that occur
73
185131
3789
en un trastorno cerebral.
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
Y una vez que supiéramos cómo
han cambiado estas moléculas,
han cambiado estas moléculas,
03:25
whether they've increased in number
or changed in pattern,
or changed in pattern,
76
193016
2780
si han aumentado su número
o cambiado de patrón,
o cambiado de patrón,
03:27
we could use those
as targets for new drugs,
as targets for new drugs,
77
195820
2939
podríamos usar eso como objetivo
para nuevos fármacos,
para nuevos fármacos,
para nuevas formas de entregar
energía al cerebro,
energía al cerebro,
03:30
for new ways of delivering
energy into the brain
energy into the brain
78
198783
2271
03:33
in order to repair the brain
computations that are afflicted
computations that are afflicted
79
201078
3880
para reparar los cálculos
cerebrales afectados
cerebrales afectados
03:36
in patients who suffer
from brain disorders.
from brain disorders.
80
204982
2299
en pacientes que sufren
de trastornos cerebrales.
de trastornos cerebrales.
03:39
We've all seen lots of different
technologies over the last century
technologies over the last century
81
207793
3243
Hemos visto muchas tecnologías
diferentes en el último siglo
diferentes en el último siglo
para tratar de resolver esto.
03:43
to try to confront this.
82
211060
1166
Creo que todos hemos visto
imágenes del cerebro
imágenes del cerebro
03:44
I think we've all seen brain scans
83
212250
1880
03:46
taken using MRI machines.
84
214154
2034
tomadas con máquinas
de resonancia magnética.
de resonancia magnética.
03:48
These, of course, have the great power
that they are noninvasive,
that they are noninvasive,
85
216212
3347
Por supuesto, tienen el gran poder
de no ser invasivas,
de no ser invasivas,
03:51
they can be used on living human subjects.
86
219583
2355
se pueden usar en humanos vivos.
03:54
But also, they're spatially crude.
87
222407
2231
Pero también son espacialmente burdas.
03:56
Each of these blobs that you see,
or voxels, as they're called,
or voxels, as they're called,
88
224662
2990
Cada una de esas burbujas que ven,
o voxels, como se les llama,
o voxels, como se les llama,
03:59
can contain millions
and millions of neurons.
and millions of neurons.
89
227676
2689
puede contener millones
y millones de neuronas.
y millones de neuronas.
Así que no tienen el nivel de resolución
04:02
So it's not at the level of resolution
90
230389
1850
para determinar con precisión
los cambios moleculares que ocurren,
los cambios moleculares que ocurren,
04:04
where it can pinpoint
the molecular changes that occur
the molecular changes that occur
91
232263
2538
04:06
or the changes in the wiring
of these networks
of these networks
92
234825
2286
o los cambios en el cableado
de estas redes
de estas redes
04:09
that contributes to our ability
to be conscious and powerful beings.
to be conscious and powerful beings.
93
237135
3946
que nos dan la capacidad de ser
seres conscientes poderosos.
seres conscientes poderosos.
04:13
At the other extreme,
you have microscopes.
you have microscopes.
94
241797
3181
En el otro extremo,
tenemos los microscopios.
tenemos los microscopios.
04:17
Microscopes, of course, will use light
to look at little tiny things.
to look at little tiny things.
95
245002
3295
Los microscopios, claro, usan la luz
para mirar cosas diminutas.
para mirar cosas diminutas.
04:20
For centuries, they've been used
to look at things like bacteria.
to look at things like bacteria.
96
248321
3075
Durante siglos, se han usado
para mirar cosas como bacterias.
para mirar cosas como bacterias.
04:23
For neuroscience,
97
251420
1151
En neurociencia,
04:24
microscopes are actually how neurons
were discovered in the first place,
were discovered in the first place,
98
252595
3412
fue el instrumento que permitió
descubrir las neuronas en primer lugar,
descubrir las neuronas en primer lugar,
04:28
about 130 years ago.
99
256031
1292
hace unos 130 años.
Pero la luz tiene serias limitaciones.
04:29
But light is fundamentally limited.
100
257347
2318
No se puede ver moléculas individuales
con un antiguo microscopio típico.
con un antiguo microscopio típico.
04:31
You can't see individual molecules
with a regular old microscope.
with a regular old microscope.
101
259689
3298
No se puede ver esas pequeñas conexiones.
04:35
You can't look at these tiny connections.
102
263011
2152
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
Por eso si queremos ver mejor el cerebro,
04:41
to get down to the ground truth structure,
104
269153
2168
para adentrarnos en su estructura
primordial
primordial
04:43
we're going to need to have
even better technologies.
even better technologies.
105
271345
3280
vamos a necesitar tener
incluso mejores tecnologías.
incluso mejores tecnologías.
Mi grupo, hace un par de años,
empezó a pensar:
empezó a pensar:
04:47
My group, a couple years ago,
started thinking:
started thinking:
106
275611
2224
¿Por qué no hacemos lo contrario?
04:49
Why don't we do the opposite?
107
277859
1412
04:51
If it's so darn complicated
to zoom in to the brain,
to zoom in to the brain,
108
279295
2461
Si es tan complicado
ampliar la vista del cerebro,
ampliar la vista del cerebro,
04:53
why can't we make the brain bigger?
109
281780
1943
¿por qué no ampliar el cerebro?
En un principio comenzamos
04:56
It initially started
110
284166
1155
04:57
with two grad students in my group,
Fei Chen and Paul Tillberg.
Fei Chen and Paul Tillberg.
111
285345
2996
con dos estudiantes graduados de
mi grupo, Fei Chen y Paul Tillberg.
mi grupo, Fei Chen y Paul Tillberg.
05:00
Now many others in my group
are helping with this process.
are helping with this process.
112
288365
2720
Ahora muchos otros de mi grupo
están ayudando en este proceso.
están ayudando en este proceso.
05:03
We decided to try to figure out
if we could take polymers,
if we could take polymers,
113
291109
2762
Decidimos averiguar
si podíamos tomar polímeros,
si podíamos tomar polímeros,
05:05
like the stuff in the baby diaper,
114
293895
1629
como los del pañal del bebé,
05:07
and install it physically
within the brain.
within the brain.
115
295548
2006
e instalarlos físicamente
dentro del cerebro.
dentro del cerebro.
05:09
If we could do it just right,
and you add water,
and you add water,
116
297578
2241
Si pudiéramos hacerlo adecuadamente,
y agregáramos agua,
y agregáramos agua,
05:11
you can potentially blow the brain up
117
299843
1835
potencialmente podríamos
expandir el cerebro
expandir el cerebro
05:13
to where you could distinguish
those tiny biomolecules from each other.
those tiny biomolecules from each other.
118
301702
3377
y se podría distinguir esas pequeñas
biomoléculas unas de otras.
biomoléculas unas de otras.
05:17
You would see those connections
and get maps of the brain.
and get maps of the brain.
119
305103
2870
Se podría ver esas conexiones
y obtener mapas del cerebro.
y obtener mapas del cerebro.
05:19
This could potentially be quite dramatic.
120
307997
1988
Esto podría ser muy drástico.
05:22
We brought a little demo here.
121
310009
3008
Trajimos una pequeña demo.
05:25
We got some purified baby diaper material.
122
313538
2575
Conseguimos material purificado
del pañal del bebé.
del pañal del bebé.
05:28
It's much easier
just to buy it off the Internet
just to buy it off the Internet
123
316137
2274
Es mucho más fácil
comprarlo por Internet
comprarlo por Internet
05:30
than to extract the few grains
that actually occur in these diapers.
that actually occur in these diapers.
124
318435
3475
que extraer los pocos granos
que realmente tienen estos pañales.
que realmente tienen estos pañales.
05:33
I'm going to put just one teaspoon here
125
321934
2225
Aquí pondré solo una cucharadita
05:36
of this purified polymer.
126
324706
1794
de este polímero purificado.
05:39
And here we have some water.
127
327270
2152
Y aquí tenemos un poco de agua.
05:41
What we're going to do
128
329446
1162
Vamos a ver
05:42
is see if this teaspoon
of the baby diaper material
of the baby diaper material
129
330632
3011
si esta cucharadita
de material del pañal de bebé
de material del pañal de bebé
05:45
can increase in size.
130
333667
1709
puede aumentar de tamaño.
05:48
You're going to see it increase in volume
by about a thousandfold
by about a thousandfold
131
336687
3696
Van a ver que aumenta de volumen
en alrededor de mil veces
en alrededor de mil veces
05:52
before your very eyes.
132
340407
1286
ante sus propios ojos.
06:01
I could pour much more of this in there,
133
349597
1972
Podría verter mucho más de esto allí,
06:03
but I think you've got the idea
134
351593
1558
pero yo creo que tienen la idea
06:05
that this is a very,
very interesting molecule,
very interesting molecule,
135
353175
2502
de que esta es una molécula
muy, muy interesante,
muy, muy interesante,
06:07
and if can use it in the right way,
136
355701
1912
y que usada de manera correcta,
06:09
we might be able
to really zoom in on the brain
to really zoom in on the brain
137
357637
2321
nos permite hacer zoom en el cerebro
06:11
in a way that you can't do
with past technologies.
with past technologies.
138
359982
2594
como no era posible hacer
con las tecnologías anteriores.
con las tecnologías anteriores.
06:15
OK. So a little bit of chemistry now.
139
363227
2054
Bueno, ahora un poco de química.
06:17
What's going on
in the baby diaper polymer?
in the baby diaper polymer?
140
365305
2442
¿Qué está ocurriendo
en el polímero del pañal?
en el polímero del pañal?
06:19
If you could zoom in,
141
367771
1676
Si se pudiera hacer zoom,
06:21
it might look something like
what you see on the screen.
what you see on the screen.
142
369471
2673
se podría ver algo como
lo que se ve en la pantalla.
lo que se ve en la pantalla.
06:24
Polymers are chains of atoms
arranged in long, thin lines.
arranged in long, thin lines.
143
372168
4492
Los polímeros son cadenas de átomos
dispuestas en líneas largas y delgadas.
dispuestas en líneas largas y delgadas.
Las cadenas son muy pequeñas,
06:28
The chains are very tiny,
144
376684
1367
06:30
about the width of a biomolecule,
145
378075
1864
del ancho de una biomolécula,
06:31
and these polymers are really dense.
146
379963
1747
y estos polímeros son muy densos.
06:33
They're separated by distances
147
381734
1500
Están separados por distancias
06:35
that are around the size of a biomolecule.
148
383258
2252
del tamaño de una biomolécula.
06:37
This is very good
149
385534
1165
Esto es muy bueno
06:38
because we could potentially
move everything apart in the brain.
move everything apart in the brain.
150
386723
3041
porque podríamos potencialmente
mover todo en el cerebro.
mover todo en el cerebro.
06:41
If we add water, what will happen is,
151
389788
1848
Si añadimos agua, sucederá que
06:43
this swellable material
is going to absorb the water,
is going to absorb the water,
152
391660
2515
este material hinchable
absorberá el agua,
absorberá el agua,
las cadenas de polímero
se separarán unas de otras,
se separarán unas de otras,
06:46
the polymer chains will move
apart from each other,
apart from each other,
153
394199
2400
06:48
and the entire material
is going to become bigger.
is going to become bigger.
154
396623
2634
y todo el material se expandirá.
Y como estas cadenas son tan pequeñas
06:51
And because these chains are so tiny
155
399615
1814
y están separadas por
distancias biomoleculares,
distancias biomoleculares,
06:53
and spaced by biomolecular distances,
156
401453
2205
06:55
we could potentially blow up the brain
157
403682
2039
potencialmente podríamos
inflar el cerebro
inflar el cerebro
06:57
and make it big enough to see.
158
405745
1633
y expandirlo hasta que sea visible.
Entonces, ese es el misterio:
07:00
Here's the mystery, then:
159
408020
1240
07:01
How do we actually make
these polymer chains inside the brain
these polymer chains inside the brain
160
409284
3610
¿Cómo construir estas cadenas
de polímero dentro del cerebro
de polímero dentro del cerebro
07:04
so we can move all the biomolecules apart?
161
412918
2239
para separar las biomoléculas?
Si pudiéramos hacerlo,
07:07
If we could do that,
162
415181
1151
quizá podríamos llegar a cartografiar
de verdad el cerebro.
de verdad el cerebro.
07:08
maybe we could get
ground truth maps of the brain.
ground truth maps of the brain.
163
416356
2397
07:10
We could look at the wiring.
164
418777
1389
Podríamos analizar el cableado.
07:12
We can peer inside
and see the molecules within.
and see the molecules within.
165
420190
3157
Podemos mirar dentro
y ver las moléculas que hay.
y ver las moléculas que hay.
07:15
To explain this, we made some animations
166
423925
2481
Para explicar esto,
hicimos algunas animaciones
hicimos algunas animaciones
07:18
where we actually look
at, in these artist renderings,
at, in these artist renderings,
167
426430
2603
donde realmente se ven,
en estas representaciones artísticas,
en estas representaciones artísticas,
07:21
what biomolecules might look
like and how we might separate them.
like and how we might separate them.
168
429057
3541
qué aspecto tendrían las biomoléculas
y cómo podríamos separarlas.
y cómo podríamos separarlas.
07:24
Step one: what we'd have
to do, first of all,
to do, first of all,
169
432622
2549
Paso uno: en primer lugar tendríamos
07:27
is attach every biomolecule,
shown in brown here,
shown in brown here,
170
435195
3389
que anexar cada biomolécula,
aquí aparecen en marrón,
aquí aparecen en marrón,
07:30
to a little anchor, a little handle.
171
438608
2159
a una pequeña ancla, un pequeño mango.
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
Tenemos que separar las moléculas
del cerebro unas de otras,
del cerebro unas de otras,
07:35
and to do that, we need
to have a little handle
to have a little handle
173
443910
2326
y para hacerlo, necesitamos
tener un pequeño mango
tener un pequeño mango
07:38
that allows those polymers to bind to them
174
446260
2285
que le permita a esos polímeros
adherirse a ellos,
adherirse a ellos,
07:40
and to exert their force.
175
448569
1542
y ejercer su fuerza.
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
Pero si ponemos el polímero
del pañal de bebé en el cerebro,
del pañal de bebé en el cerebro,
obviamente, se ubicará
en la parte superior.
en la parte superior.
07:46
obviously, it's going to sit there on top.
177
454463
2037
07:48
So we need to find a way
to make the polymers inside.
to make the polymers inside.
178
456524
2528
Tenemos que encontrar
cómo ubicar el polímero dentro.
cómo ubicar el polímero dentro.
Y aquí es donde tenemos mucha suerte.
07:51
And this is where we're really lucky.
179
459076
1788
Resulta que uno puede obtener
los bloques de construcción,
los bloques de construcción,
07:52
It turns out, you can
get the building blocks,
get the building blocks,
180
460888
2188
07:55
monomers, as they're called,
181
463100
1372
monómeros, como se les llama,
07:56
and if you let them go into the brain
182
464496
1784
y si se les deja entrar en el cerebro
07:58
and then trigger the chemical reactions,
183
466304
2036
y luego desencadenar
las reacciones químicas,
las reacciones químicas,
08:00
you can get them to form
those long chains,
those long chains,
184
468364
2702
se puede llegar a formar
esas largas cadenas,
esas largas cadenas,
08:03
right there inside the brain tissue.
185
471090
1798
allí en el interior
del tejido cerebral.
del tejido cerebral.
08:05
They're going to wind their way
around biomolecules
around biomolecules
186
473325
2397
Se abrirán camino
alrededor de las biomoléculas
alrededor de las biomoléculas
08:07
and between biomolecules,
187
475746
1221
y entre las biomoléculas,
08:08
forming those complex webs
188
476991
1625
formando esas redes complejas
08:10
that will allow you, eventually,
to pull apart the molecules
to pull apart the molecules
189
478640
2862
que permitirán, con el tiempo,
separar las moléculas
separar las moléculas
08:13
from each other.
190
481526
1175
unas de otras.
08:14
And every time one
of those little handles is around,
of those little handles is around,
191
482725
3054
Y cada vez que uno de esos pequeños
mangos esté alrededor,
mangos esté alrededor,
el polímero se adherirá al mango,
y eso es exactamente lo que necesitamos
y eso es exactamente lo que necesitamos
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
08:21
in order to pull the molecules
apart from each other.
apart from each other.
193
489177
2531
para tirar de las moléculas
y separarlas unas de otras.
y separarlas unas de otras.
08:23
All right, the moment of truth.
194
491732
1693
Muy bien, el momento de la verdad.
08:25
We have to treat this specimen
195
493449
2148
Tenemos que tratar a este espécimen
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
con un químico para aflojar
las moléculas entre sí,
las moléculas entre sí,
08:31
and then, when we add water,
197
499091
1836
y luego, al añadir agua,
08:32
that swellable material is going
to start absorbing the water,
to start absorbing the water,
198
500951
2953
el material hinchable
empezará a absorber el agua,
empezará a absorber el agua,
08:35
the polymer chains will move apart,
199
503928
1703
las cadenas de polímero se separarán,
08:37
but now, the biomolecules
will come along for the ride.
will come along for the ride.
200
505655
2722
pero ahora, las biomoléculas
darán el paseo.
darán el paseo.
Y como cuando dibujamos
una imagen en un globo,
una imagen en un globo,
08:40
And much like drawing
a picture on a balloon,
a picture on a balloon,
201
508401
2164
08:42
and then you blow up the balloon,
202
510589
1587
y luego inflamos el globo,
08:44
the image is the same,
203
512200
1290
la imagen es la misma,
08:45
but the ink particles have moved
away from each other.
away from each other.
204
513514
2548
pero las partículas de tinta
se separaron unas de otras.
se separaron unas de otras.
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
Eso es lo que hicimos ahora,
pero en tres dimensiones.
pero en tres dimensiones.
08:51
There's one last trick.
206
519577
1999
Hay un último truco.
08:53
As you can see here,
207
521600
1218
Como pueden ver,
08:54
we've color-coded
all the biomolecules brown.
all the biomolecules brown.
208
522842
2109
hemos coloreado
las biomoléculas en marrón.
las biomoléculas en marrón.
08:56
That's because they all
kind of look the same.
kind of look the same.
209
524975
2170
Esto se debe a que todas se ven igual.
08:59
Biomolecules are made
out of the same atoms,
out of the same atoms,
210
527169
2105
Las biomoléculas están formadas
por los mismos átomos,
por los mismos átomos,
09:01
but just in different orders.
211
529298
2240
pero en distinto orden.
09:03
So we need one last thing
212
531562
1500
Necesitamos una última cosa
09:05
in order to make them visible.
213
533086
1695
para hacerlas visibles.
09:06
We have to bring in little tags,
214
534805
1579
Pequeñas etiquetas,
09:08
with glowing dyes
that will distinguish them.
that will distinguish them.
215
536408
3019
con tintes brillantes
para distinguirlas.
para distinguirlas.
09:11
So one kind of biomolecule
might get a blue color.
might get a blue color.
216
539451
2673
Así, un tipo de biomolécula
podría tener un color azul.
podría tener un color azul.
09:14
Another kind of biomolecule
might get a red color.
might get a red color.
217
542148
2351
Otro tipo de biomolécula
podría tener un color rojo.
podría tener un color rojo.
09:16
And so forth.
218
544523
1276
Etcétera.
09:17
And that's the final step.
219
545823
1552
Y ese es el paso final.
09:19
Now we can look at something like a brain
220
547399
2278
Ahora podemos analizar un cerebro
09:21
and look at the individual molecules,
221
549701
1796
y mirar moléculas individuales,
09:23
because we've moved them
far apart enough from each other
far apart enough from each other
222
551521
2707
porque las hemos separado lo suficiente
09:26
that we can tell them apart.
223
554252
1698
y podemos distinguirlas.
09:27
So the hope here is that
we can make the invisible visible.
we can make the invisible visible.
224
555974
2834
Esperamos poder hacer
visible lo invisible.
visible lo invisible.
Podemos cambiar las cosas que
podrían parecer pequeñas y oscuras
podrían parecer pequeñas y oscuras
09:30
We can turn things that might seem
small and obscure
small and obscure
225
558832
2566
09:33
and blow them up
226
561422
1151
e inflarlas
09:34
until they're like constellations
of information about life.
of information about life.
227
562597
3177
hasta que sean constelaciones
de información sobre la vida.
de información sobre la vida.
09:37
Here's an actual video
of what it might look like.
of what it might look like.
228
565798
2375
Este es un video real
del aspecto que podría tener.
del aspecto que podría tener.
09:40
We have here a little brain in a dish --
229
568197
2371
Aquí tenemos un pequeño cerebro
en una placa...
en una placa...
09:42
a little piece of a brain, actually.
230
570592
1747
un pequeño trozo de cerebro, en realidad.
09:44
We've infused the polymer in,
231
572363
1596
Hemos colocado el polímero,
09:45
and now we're adding water.
232
573983
1467
y ahora hemos añadido agua.
09:47
What you'll see is that,
right before your eyes --
right before your eyes --
233
575474
2358
Verán, justo ante sus ojos,
09:49
this video is sped up about sixtyfold --
234
577856
1923
este video está acelerado unas 60 veces,
09:51
this little piece of brain tissue
is going to grow.
is going to grow.
235
579803
2725
este pequeño trozo de tejido cerebral
va a crecer.
va a crecer.
09:54
It can increase by a hundredfold
or even more in volume.
or even more in volume.
236
582552
3180
Se puede aumentar cien veces
o incluso más en volumen.
o incluso más en volumen.
Y lo interesante es que, dado que
los polímeros son tan pequeños,
los polímeros son tan pequeños,
09:57
And the cool part is, because
those polymers are so tiny,
those polymers are so tiny,
237
585756
2949
estamos separando biomoléculas
uniformemente unas de otras.
uniformemente unas de otras.
10:00
we're separating biomolecules
evenly from each other.
evenly from each other.
238
588729
2559
10:03
It's a smooth expansion.
239
591312
1658
Es una expansión suave.
10:04
We're not losing the configuration
of the information.
of the information.
240
592994
2687
No estamos perdiendo la configuración
de la información.
de la información.
10:07
We're just making it easier to see.
241
595705
2700
Lo estamos haciendo fácil de ver.
Así que ahora podemos tomar
circuitos del cerebro real
circuitos del cerebro real
10:11
So now we can take
actual brain circuitry --
actual brain circuitry --
242
599333
2176
-- un trozo de cerebro involucrado,
por ejemplo, con la memoria --
por ejemplo, con la memoria --
10:13
here's a piece of the brain
involved with, for example, memory --
involved with, for example, memory --
243
601533
3134
10:16
and we can zoom in.
244
604691
1263
y podemos hacer zoom.
10:17
We can start to actually look at
how circuits are configured.
how circuits are configured.
245
605978
2890
Podemos empezar a mirar realmente
cómo se configuran los circuitos.
cómo se configuran los circuitos.
10:20
Maybe someday we could read out a memory.
246
608892
1968
Tal vez algún día podríamos
leer un recuerdo.
leer un recuerdo.
10:22
Maybe we could actually look
at how circuits are configured
at how circuits are configured
247
610884
2779
Quizá podríamos realmente ver
la forma de configurar circuitos
la forma de configurar circuitos
10:25
to process emotions,
248
613687
1152
para procesar emociones,
10:26
how the actual wiring
of our brain is organized
of our brain is organized
249
614863
2922
cómo está organizado
el cableado actual del cerebro
el cableado actual del cerebro
10:29
in order to make us who we are.
250
617809
2567
para hacer de nosotros quienes somos.
10:32
And of course, we can pinpoint, hopefully,
251
620400
2047
Y, por supuesto,
podemos señalar, con suerte,
podemos señalar, con suerte,
10:34
the actual problems in the brain
at a molecular level.
at a molecular level.
252
622471
3159
los problemas reales del cerebro
a nivel molecular.
a nivel molecular.
¿Y si en realidad pudiéramos mirar
dentro de las células del cerebro
dentro de las células del cerebro
10:37
What if we could actually
look into cells in the brain
look into cells in the brain
253
625654
2569
10:40
and figure out, wow, here are the 17
molecules that have altered
molecules that have altered
254
628247
3083
y averiguar, guau, aquí están
las 17 moléculas alteradas
las 17 moléculas alteradas
10:43
in this brain tissue that has been
undergoing epilepsy
undergoing epilepsy
255
631354
3455
en este tejido cerebral
que tuvo epilepsia
que tuvo epilepsia
o el cambio en la enfermedad de Parkinson
10:46
or changing in Parkinson's disease
256
634833
1650
10:48
or otherwise being altered?
257
636507
1517
u otra alteración?
10:50
If we get that systematic list
of things that are going wrong,
of things that are going wrong,
258
638048
3043
Si conseguimos la lista sistemática
de las cosas que van mal,
de las cosas que van mal,
10:53
those become our therapeutic targets.
259
641115
2199
esos se convertirán
en objetivos terapéuticos.
en objetivos terapéuticos.
10:55
We can build drugs that bind those.
260
643338
1677
Podemos construir fármacos
que se adhieran.
que se adhieran.
10:57
We can maybe aim energy
at different parts of the brain
at different parts of the brain
261
645039
2627
Quizá podemos apuntar la energía
a diferentes partes del cerebro
a diferentes partes del cerebro
10:59
in order to help people
with Parkinson's or epilepsy
with Parkinson's or epilepsy
262
647690
2687
para ayudar a las personas
con Parkinson o epilepsia
con Parkinson o epilepsia
11:02
or other conditions that affect
over a billion people
over a billion people
263
650401
2551
u otras enfermedades que afectan
a más de mil millones de personas
a más de mil millones de personas
11:04
around the world.
264
652976
1213
alrededor del mundo.
11:07
Now, something interesting
has been happening.
has been happening.
265
655246
2206
Ahora, ha estado ocurriendo
algo interesante.
algo interesante.
11:09
It turns out that throughout biomedicine,
266
657476
2705
Resulta que en biomedicina,
11:12
there are other problems
that expansion might help with.
that expansion might help with.
267
660205
2666
la expansión podría ayudar
en otros problemas.
en otros problemas.
11:14
This is an actual biopsy
from a human breast cancer patient.
from a human breast cancer patient.
268
662895
3234
Esta es la biopsia real de
una paciente de cáncer de mama.
una paciente de cáncer de mama.
11:18
It turns out that if you look at cancers,
269
666505
2188
Resulta que si analizamos los cánceres,
si analizamos el sistema inmunológico,
11:20
if you look at the immune system,
270
668717
1611
si estudiamos el envejecimiento,
si estudiamos el desarrollo,
si estudiamos el desarrollo,
11:22
if you look at aging,
if you look at development --
if you look at development --
271
670352
2513
11:24
all these processes are involving
large-scale biological systems.
large-scale biological systems.
272
672889
4497
estos procesos involucran
sistemas biológicos a gran escala.
sistemas biológicos a gran escala.
11:29
But of course, the problems begin
with those little nanoscale molecules,
with those little nanoscale molecules,
273
677410
4024
Por supuesto, los problemas comienzan
con esas pequeñas moléculas a nanoescala,
con esas pequeñas moléculas a nanoescala,
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
las máquinas que componen las células
y los órganos del cuerpo palpitan.
y los órganos del cuerpo palpitan.
11:37
So what we're trying
to do now is to figure out
to do now is to figure out
275
685351
2222
Ahora tratamos de averiguar
si podemos usar esta tecnología para
mapear los componentes básicos de la vida
mapear los componentes básicos de la vida
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
11:43
in a wide variety of diseases.
277
691087
1745
en una amplia variedad de enfermedades.
11:44
Can we actually pinpoint
the molecular changes in a tumor
the molecular changes in a tumor
278
692856
2896
¿Podemos establecer claramente
los cambios moleculares en un tumor,
los cambios moleculares en un tumor,
11:47
so that we can actually
go after it in a smart way
go after it in a smart way
279
695776
2369
ir tras él de manera inteligente,
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
y suministrar fármacos que podrían acabar
exactamente con las células que queremos?
exactamente con las células que queremos?
11:54
You know, a lot of medicine
is very high risk.
is very high risk.
281
702137
2335
Ya saben, gran parte de la medicina
es de muy alto riesgo.
es de muy alto riesgo.
11:56
Sometimes, it's even guesswork.
282
704496
1782
A veces, son incluso conjeturas.
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
Espero poder transformar lo que
podría ser un gran sueño de alto riesgo
podría ser un gran sueño de alto riesgo
12:02
into something that's more reliable.
284
710525
1769
en algo más fiable.
12:04
If you think about the original moon shot,
285
712318
2055
Si piensan en el sueño lunar original,
12:06
where they actually landed on the moon,
286
714397
1898
el que nos llevó a la luna,
12:08
it was based on solid science.
287
716319
1444
se basó en ciencia dura.
12:09
We understood gravity;
288
717787
1603
Entendíamos la gravedad;
12:11
we understood aerodynamics.
289
719414
1341
entendíamos la aerodinámica.
12:12
We knew how to build rockets.
290
720779
1395
Sabíamos construir cohetes.
12:14
The science risk was under control.
291
722198
2468
El riesgo de la ciencia
estaba bajo control.
estaba bajo control.
12:16
It was still a great, great
feat of engineering.
feat of engineering.
292
724690
2753
Todavía era una gran,
gran obra de ingeniería.
gran obra de ingeniería.
Pero en medicina, no necesariamente
tenemos todas las leyes.
tenemos todas las leyes.
12:19
But in medicine, we don't
necessarily have all the laws.
necessarily have all the laws.
293
727467
2645
12:22
Do we have all the laws
that are analogous to gravity,
that are analogous to gravity,
294
730136
3109
¿Tenemos todas las leyes
análogas a la gravedad,
análogas a la gravedad,
12:25
that are analogous to aerodynamics?
295
733269
2344
análogas a la aerodinámica?
12:27
I would argue that with technologies
296
735637
1730
Yo diría que con las tecnologías
12:29
like the kinds I'm talking about today,
297
737391
1872
de las que estoy hablando hoy,
12:31
maybe we can actually derive those.
298
739287
1693
quizá podemos derivarlas.
12:33
We can map the patterns
that occur in living systems,
that occur in living systems,
299
741004
2857
Podemos trazar los patrones que
ocurren en los sistemas vivos,
ocurren en los sistemas vivos,
12:35
and figure out how to overcome
the diseases that plague us.
the diseases that plague us.
300
743885
4558
y encontrar la manera de superar
las enfermedades que nos aquejan.
las enfermedades que nos aquejan.
Ya saben, con mi esposa
tenemos dos hijos pequeños,
tenemos dos hijos pequeños,
12:41
You know, my wife and I
have two young kids,
have two young kids,
301
749499
2079
y una de mis esperanzas como bioingeniero
es hacer la vida mejor para ellos
es hacer la vida mejor para ellos
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
12:46
than it currently is for us.
303
754860
1729
de lo que actualmente es para nosotros.
12:48
And my hope is, if we can
turn biology and medicine
turn biology and medicine
304
756613
3730
Espero que podamos convertir
la biología y la medicina
la biología y la medicina
12:52
from these high-risk endeavors
that are governed by chance and luck,
that are governed by chance and luck,
305
760367
4357
de estos esfuerzos de alto riesgo
que se rigen por el azar y la suerte,
que se rigen por el azar y la suerte,
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
en algo que ganemos
con capacidad y trabajo arduo;
con capacidad y trabajo arduo;
13:00
then that would be a great advance.
307
768699
1898
eso sería un gran avance.
13:02
Thank you very much.
308
770621
1206
Muchas gracias.
13:03
(Applause)
309
771851
10383
(Aplausos)
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