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Ed Boyden: A new way to study the brain's invisible secrets
エド・ボイデン: 脳の見えない秘密を調べる新しい方法
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神経工学者のエド・ボイデンは、私達の脳の小さな生体分子がどのように感情、思考、感覚を生み出すのか知ろうとしています。また、てんかんやアルツハイマー病のような脳の疾患を引き起こす生体分子の変化を突き止めたいとも願っています。「見えない構造を顕微鏡で拡大するより、脳組織を物理的に拡大したら見やすくなるのでは？」と彼は考えました。紙おむつの吸収材に使われるポリマーが、なぜ私達の脳をもっと良く理解する為のカギとなり得るのか、知りたいと思いませんか。
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
みなさん こんにちは
00:14
I brought with me today a baby diaper.
1
2333
2643
赤ちゃんの紙おむつを持ってきました
00:18
You'll see why in a second.
2
6793
1722
今 その理由がお分かりになります
00:20
Baby diapers have interesting properties.
3
8539
2010
紙おむつには
興味深い素材が使われています
興味深い素材が使われています
00:22
They can swell enormously
when you add water to them,
when you add water to them,
4
10573
2691
紙おむつが水分を吸うと
非常に膨れ上がることは
非常に膨れ上がることは
00:25
an experiment done
by millions of kids every day.
by millions of kids every day.
5
13288
2984
日々何百万人もの赤ちゃんが
実証してくれています
実証してくれています
00:28
(Laughter)
6
16296
1150
（笑）
00:29
But the reason why
7
17470
1494
その理由というのは
00:30
is that they're designed
in a very clever way.
in a very clever way.
8
18988
2190
紙おむつが巧妙に考案され
00:33
They're made out of a thing
called a swellable material.
called a swellable material.
9
21202
2635
膨潤性のある素材から
作られているからです
作られているからです
00:35
It's a special kind of material that,
when you add water,
when you add water,
10
23861
2737
その特別な素材は
水を加えると驚く程膨れ上がり
00:38
it will swell up enormously,
11
26622
1430
00:40
maybe a thousand times in volume.
12
28076
2166
千倍もの容積になります
00:42
And this is a very useful,
industrial kind of polymer.
industrial kind of polymer.
13
30266
3236
これは有用な工業用ポリマーですが
00:45
But what we're trying to do
in my group at MIT
in my group at MIT
14
33819
2526
MITの私のグループは
我々の脳にも同じような事が
できないかと研究しています
できないかと研究しています
00:48
is to figure out if we can do
something similar to the brain.
something similar to the brain.
15
36369
3213
00:51
Can we make it bigger,
16
39606
1159
脳をもっと大きく
00:52
big enough that you
can peer inside
can peer inside
17
40789
1678
脳内部を覗ける程大きくして
00:54
and see all the tiny building blocks,
the biomolecules,
the biomolecules,
18
42481
2628
細かな構成部分の生体分子全てが
00:57
how they're organized in three dimensions,
19
45133
2151
3次元的にどのような構成になっているか
00:59
the structure, the ground truth
structure of the brain, if you will?
structure of the brain, if you will?
20
47308
3485
脳の実体を見られないだろうかというものです
01:02
If we could get that,
21
50817
1158
それができれば
01:03
maybe we could have a better understanding
of how the brain is organized
of how the brain is organized
22
51999
3509
我々の脳がどのように
思考 感情 行動 感覚を
生み出しているのか
もっと良くわかるでしょうし
もっと良くわかるでしょうし
01:07
to yield thoughts and emotions
23
55532
1659
01:09
and actions and sensations.
24
57215
1719
01:10
Maybe we could try to pinpoint
the exact changes in the brain
the exact changes in the brain
25
58958
3415
脳のどの箇所の変化が
様々な病気を起こしているかを
的確に突き止められるかも知れません
的確に突き止められるかも知れません
01:14
that result in diseases,
26
62397
1776
アルツハイマー病､てんかん､
パーキンソン病などです
パーキンソン病などです
01:16
diseases like Alzheimer's
and epilepsy and Parkinson's,
and epilepsy and Parkinson's,
27
64197
3212
01:19
for which there are few
treatments, much less cures,
treatments, much less cures,
28
67433
2578
これらの病気の完治は勿論のこと
治療法はほとんどなく
治療法はほとんどなく
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
何が原因で発症するか
01:25
and what's really causing them to occur.
30
73676
2135
はっきりとは分かっていません
01:28
Now, our group at MIT
31
76613
1740
MITの我々の研究グループは
01:30
is trying to take
a different point of view
a different point of view
32
78377
2686
今までとは異なる視点を持ち
01:33
from the way neuroscience has
been done over the last hundred years.
been done over the last hundred years.
33
81087
3230
過去 100年の神経科学とは
違った方法を試みています
違った方法を試みています
我々はデザイナーでもあり
発明家でもあります
発明家でもあります
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
我々が研究しているのは
脳内を見て修復する技術を
作り上げることです
作り上げることです
01:40
that let us look at and repair the brain.
36
88512
2456
そんな技術が必要な理由は
01:42
And the reason is,
37
90992
1151
01:44
the brain is incredibly,
incredibly complicated.
incredibly complicated.
38
92167
2801
我々の脳は非常に複雑に
できているからです
できているからです
01:47
So what we've learned
over the first century of neuroscience
over the first century of neuroscience
39
95484
2887
20世紀を通して
我々が神経科学で学んだ事は
我々が神経科学で学んだ事は
01:50
is that the brain is a very
complicated network,
complicated network,
40
98395
2303
脳は非常に複雑なネットワークであり
01:52
made out of very specialized
cells called neurons
cells called neurons
41
100722
2480
特殊化した細胞 ニューロンが
01:55
with very complex geometries,
42
103226
1667
とても込み入った配置をなし
01:56
and electrical currents will flow
through these complexly shaped neurons.
through these complexly shaped neurons.
43
104917
4237
この複雑に構成されたニューロンを通り
電気が流れているということです
電気が流れているということです
02:01
Furthermore, neurons
are connected in networks.
are connected in networks.
44
109653
2784
さらにネットワークを
作っているニューロンは
作っているニューロンは
02:04
They're connected by little junctions
called synapses that exchange chemicals
called synapses that exchange chemicals
45
112461
3835
シナプスという小さな結合部で繫がり
化学物質で伝達し合い
化学物質で伝達し合い
02:08
and allow the neurons
to talk to each other.
to talk to each other.
46
116320
2218
互いに情報交換をしています
02:10
The density of the brain is incredible.
47
118562
1940
我々の脳の密度はとても高く
02:12
In a cubic millimeter of your brain,
48
120526
2307
脳の１ミリ立方メートル内に
02:14
there are about 100,000 of these neurons
49
122857
2457
約十万個のニューロン
02:17
and maybe a billion of those connections.
50
125338
2517
十億ものシナプスがあり得るということです
02:20
But it's worse.
51
128887
1382
それだけではなく
02:22
So, if you could zoom in to a neuron,
52
130293
2305
１つのニューロンにズームインしてみると
02:24
and, of course, this is just
our artist's rendition of it.
our artist's rendition of it.
53
132622
2750
もちろんこれは概念図にすぎませんが―
02:27
What you would see are thousands
and thousands of kinds of biomolecules,
and thousands of kinds of biomolecules,
54
135396
4207
何千種もの生体分子が見られ
02:31
little nanoscale machines
organized in complex, 3D patterns,
organized in complex, 3D patterns,
55
139627
4400
その小さなナノスケールの生体分子が
複雑な３Dの形態で構成され
複雑な３Dの形態で構成され
02:36
and together they mediate
those electrical pulses,
those electrical pulses,
56
144051
2628
共に電気のパルスを送り
02:38
those chemical exchanges
that allow neurons to work together
that allow neurons to work together
57
146703
3937
化学物質を交換し合い
ニューロンを恊働させ
ニューロンを恊働させ
02:42
to generate things like thoughts
and feelings and so forth.
and feelings and so forth.
58
150664
3669
思考や感情などを生み出しています
ニューロンがどのように脳内に
ネットワークを作っているのか
ネットワークを作っているのか
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
分かっていません
02:50
to form networks,
60
158145
1174
このような生体分子が
02:51
and we don't know how
the biomolecules are organized
the biomolecules are organized
61
159343
2500
どのようにニューロン内で組織化され
02:53
within neurons
62
161867
1174
こうした複雑に組織立った機能を
持っているのか分かっていません
持っているのか分かっていません
02:55
to form these complex, organized machines.
63
163065
2405
02:57
If we really want to understand this,
64
165918
1820
本当にこれを理解したいなら
02:59
we're going to need new technologies.
65
167762
1817
新しいテクノロジーが必要になるでしょう
03:01
But if we could get such maps,
66
169603
1784
そんな地図を手に入れて
03:03
if we could look at the organization
of molecules and neurons
of molecules and neurons
67
171411
2943
分子とニューロンや
ニューロンとネットワークの構成が
見られたとしたら
見られたとしたら
03:06
and neurons and networks,
68
174378
1566
03:07
maybe we could really understand
how the brain conducts information
how the brain conducts information
69
175968
3437
恐らく我々の脳がどうやって
知覚野からの情報を
知覚野からの情報を
処理して
03:11
from sensory regions,
70
179429
1167
感情や感覚とミックスして
03:12
mixes it with emotion and feeling,
71
180620
1736
我々を決断や行動に移らせるのか
本当に理解できるかも知れません
本当に理解できるかも知れません
03:14
and generates our decisions and actions.
72
182380
2394
03:17
Maybe we could pinpoint the exact set
of molecular changes that occur
of molecular changes that occur
73
185131
3789
的確にどの分子グループが
脳の疾患を起こしているか
脳の疾患を起こしているか
探し出せるかも知れません
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
一旦 分子がどのように
変わったかが分かれば
変わったかが分かれば
03:25
whether they've increased in number
or changed in pattern,
or changed in pattern,
76
193016
2780
問題の分子が増えようと
パターンが変わろうと
パターンが変わろうと
03:27
we could use those
as targets for new drugs,
as targets for new drugs,
77
195820
2939
その情報を新薬の標的として
03:30
for new ways of delivering
energy into the brain
energy into the brain
78
198783
2271
脳にエネルギーを送り込む
新しい方法の為に使い
新しい方法の為に使い
03:33
in order to repair the brain
computations that are afflicted
computations that are afflicted
79
201078
3880
脳疾患を持つ患者の脳機能を
修復することができるでしょう
03:36
in patients who suffer
from brain disorders.
from brain disorders.
80
204982
2299
03:39
We've all seen lots of different
technologies over the last century
technologies over the last century
81
207793
3243
前世紀に生まれた
多種多様なテクノロジーを使い
多種多様なテクノロジーを使い
我々はこの問題に取り組もうとして来ました
03:43
to try to confront this.
82
211060
1166
03:44
I think we've all seen brain scans
83
212250
1880
脳画像を撮る
03:46
taken using MRI machines.
84
214154
2034
MRIはご存知だと思います
03:48
These, of course, have the great power
that they are noninvasive,
that they are noninvasive,
85
216212
3347
これは非侵襲的で 高性能であり
03:51
they can be used on living human subjects.
86
219583
2355
生きているヒトに使えますが
03:54
But also, they're spatially crude.
87
222407
2231
空間解像度は低く
03:56
Each of these blobs that you see,
or voxels, as they're called,
or voxels, as they're called,
88
224662
2990
ボクセルと呼ばれる画素の１つ１つは
03:59
can contain millions
and millions of neurons.
and millions of neurons.
89
227676
2689
何百万ものニューロンを含んでいます
それで この解像度のレベルでは
04:02
So it's not at the level of resolution
90
230389
1850
04:04
where it can pinpoint
the molecular changes that occur
the molecular changes that occur
91
232263
2538
分子レベルの変化や
04:06
or the changes in the wiring
of these networks
of these networks
92
234825
2286
ヒトの意識を制御する高い能力に関わる
04:09
that contributes to our ability
to be conscious and powerful beings.
to be conscious and powerful beings.
93
237135
3946
神経ネットワークの配線の変化を
突き止めることはできません
突き止めることはできません
04:13
At the other extreme,
you have microscopes.
you have microscopes.
94
241797
3181
その一方 顕微鏡もありますね
04:17
Microscopes, of course, will use light
to look at little tiny things.
to look at little tiny things.
95
245002
3295
勿論 顕微鏡は微細なものを
見るために光を使います
見るために光を使います
04:20
For centuries, they've been used
to look at things like bacteria.
to look at things like bacteria.
96
248321
3075
何世紀もバクテリアのようなものを
見るのに使われてきました
見るのに使われてきました
04:23
For neuroscience,
97
251420
1151
神経科学において
04:24
microscopes are actually how neurons
were discovered in the first place,
were discovered in the first place,
98
252595
3412
神経細胞は顕微鏡を使い発見された
というのが始まりで
というのが始まりで
04:28
about 130 years ago.
99
256031
1292
130年程前のことです
04:29
But light is fundamentally limited.
100
257347
2318
しかし顕微鏡で見られるものは
基本的に限られています
基本的に限られています
04:31
You can't see individual molecules
with a regular old microscope.
with a regular old microscope.
101
259689
3298
普通の顕微鏡では
分子は見分けられません
分子は見分けられません
04:35
You can't look at these tiny connections.
102
263011
2152
小さな結合部分を見ることができません
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
脳をもっと詳細を鮮明に見られるようにして
04:41
to get down to the ground truth structure,
104
269153
2168
脳の構造を根本から把握したいならば
04:43
we're going to need to have
even better technologies.
even better technologies.
105
271345
3280
もっと進んだテクノロジーが
必要になって来るでしょう
必要になって来るでしょう
04:47
My group, a couple years ago,
started thinking:
started thinking:
106
275611
2224
数年前 私の研究グループは
こう考え始めました
こう考え始めました
04:49
Why don't we do the opposite?
107
277859
1412
「逆から考えてみよう
04:51
If it's so darn complicated
to zoom in to the brain,
to zoom in to the brain,
108
279295
2461
脳にズームインするのがそんなに難しいなら
04:53
why can't we make the brain bigger?
109
281780
1943
脳を大きくできないだろうか？」
04:56
It initially started
110
284166
1155
まず２人の大学院生の
04:57
with two grad students in my group,
Fei Chen and Paul Tillberg.
Fei Chen and Paul Tillberg.
111
285345
2996
フェイ・チェンとポール・ティルバーグ
と共に始めました
と共に始めました
05:00
Now many others in my group
are helping with this process.
are helping with this process.
112
288365
2720
今では私のグループの多くが
このプロセスに参加しています
このプロセスに参加しています
05:03
We decided to try to figure out
if we could take polymers,
if we could take polymers,
113
291109
2762
紙おむつに使われている
ポリマーが使えるかどうか
ポリマーが使えるかどうか
05:05
like the stuff in the baby diaper,
114
293895
1629
脳内に実際埋め込んで
05:07
and install it physically
within the brain.
within the brain.
115
295548
2006
検討してみる事にしました
05:09
If we could do it just right,
and you add water,
and you add water,
116
297578
2241
それが きちんと入り
水を加えると
水を加えると
05:11
you can potentially blow the brain up
117
299843
1835
こうして脳を膨らますことができ
05:13
to where you could distinguish
those tiny biomolecules from each other.
those tiny biomolecules from each other.
118
301702
3377
微細な生体分子の１つ１つが
見分けられます
見分けられます
05:17
You would see those connections
and get maps of the brain.
and get maps of the brain.
119
305103
2870
その結合の仕方を見て
脳の地図ができます
脳の地図ができます
05:19
This could potentially be quite dramatic.
120
307997
1988
これはかなり劇的なことになりかねません
05:22
We brought a little demo here.
121
310009
3008
その小さなデモを持ってきました
05:25
We got some purified baby diaper material.
122
313538
2575
ここに精製された紙おむつの素材があります
05:28
It's much easier
just to buy it off the Internet
just to buy it off the Internet
123
316137
2274
ネットで買った方が
05:30
than to extract the few grains
that actually occur in these diapers.
that actually occur in these diapers.
124
318435
3475
オムツに実際に含まれている
少量のポリマーを抽出するよりは
少量のポリマーを抽出するよりは
05:33
I'm going to put just one teaspoon here
125
321934
2225
ここに小さじ１杯分の
05:36
of this purified polymer.
126
324706
1794
精製されたポリマーが入っています
05:39
And here we have some water.
127
327270
2152
ここに水があります
05:41
What we're going to do
128
329446
1162
今から
05:42
is see if this teaspoon
of the baby diaper material
of the baby diaper material
129
330632
3011
一さじの紙おむつ素材 ポリマーが
05:45
can increase in size.
130
333667
1709
大きくなるかどうか見ます
05:48
You're going to see it increase in volume
by about a thousandfold
by about a thousandfold
131
336687
3696
千倍ほどに膨らむのが
05:52
before your very eyes.
132
340407
1286
今 見えてきますよ
06:01
I could pour much more of this in there,
133
349597
1972
もっと水を入れてもいいのですが
06:03
but I think you've got the idea
134
351593
1558
これでポリマーが
06:05
that this is a very,
very interesting molecule,
very interesting molecule,
135
353175
2502
とても興味深い分子だと
お分かりになると思います
お分かりになると思います
06:07
and if can use it in the right way,
136
355701
1912
正しく使えば
06:09
we might be able
to really zoom in on the brain
to really zoom in on the brain
137
357637
2321
今までのテクノロジーでは
できないやり方で
できないやり方で
06:11
in a way that you can't do
with past technologies.
with past technologies.
138
359982
2594
本当に脳内にズームイン
できるかもしれません
できるかもしれません
06:15
OK. So a little bit of chemistry now.
139
363227
2054
今度は 化学をちょっと
06:17
What's going on
in the baby diaper polymer?
in the baby diaper polymer?
140
365305
2442
紙おむつのポリマーでは
何が起きているのでしょう？
何が起きているのでしょう？
06:19
If you could zoom in,
141
367771
1676
ズームインしてみると
06:21
it might look something like
what you see on the screen.
what you see on the screen.
142
369471
2673
スライドのように
06:24
Polymers are chains of atoms
arranged in long, thin lines.
arranged in long, thin lines.
143
372168
4492
ポリマーは原子が細長い鎖状になったものです
06:28
The chains are very tiny,
144
376684
1367
鎖はとても細く
06:30
about the width of a biomolecule,
145
378075
1864
生体分子の太さくらいです
06:31
and these polymers are really dense.
146
379963
1747
とても密度が高く
06:33
They're separated by distances
147
381734
1500
鎖間の距離は
06:35
that are around the size of a biomolecule.
148
383258
2252
生体分子サイズ位です
06:37
This is very good
149
385534
1165
これが とてもいいことなのは
06:38
because we could potentially
move everything apart in the brain.
move everything apart in the brain.
150
386723
3041
脳内の全てのものを分離させられる
かもしれないからです
かもしれないからです
06:41
If we add water, what will happen is,
151
389788
1848
水を加えると
06:43
this swellable material
is going to absorb the water,
is going to absorb the water,
152
391660
2515
この膨潤性のある材料は水を吸収します
06:46
the polymer chains will move
apart from each other,
apart from each other,
153
394199
2400
ポリマーの鎖同士の距離間が広がり
06:48
and the entire material
is going to become bigger.
is going to become bigger.
154
396623
2634
素材全体が膨張します
06:51
And because these chains are so tiny
155
399615
1814
ポリマーの鎖はとても細く
06:53
and spaced by biomolecular distances,
156
401453
2205
その間隔は生体分子サイズなので
06:55
we could potentially blow up the brain
157
403682
2039
詳しく見られるほど
脳を膨らませることができるでしょう
脳を膨らませることができるでしょう
06:57
and make it big enough to see.
158
405745
1633
詳しく見られるほど
脳を膨らませることができるでしょう
脳を膨らませることができるでしょう
07:00
Here's the mystery, then:
159
408020
1240
しかし 問題は
07:01
How do we actually make
these polymer chains inside the brain
these polymer chains inside the brain
160
409284
3610
脳の生体分子を分離するため
どうやって こんなポリマーの鎖を
どうやって こんなポリマーの鎖を
07:04
so we can move all the biomolecules apart?
161
412918
2239
脳内につくれるか
ということです
ということです
07:07
If we could do that,
162
415181
1151
それができれば
07:08
maybe we could get
ground truth maps of the brain.
ground truth maps of the brain.
163
416356
2397
脳地図を作ることが可能となり
07:10
We could look at the wiring.
164
418777
1389
神経回路が見られるでしょう
07:12
We can peer inside
and see the molecules within.
and see the molecules within.
165
420190
3157
こうして中をのぞき
分子を見る事ができます
分子を見る事ができます
07:15
To explain this, we made some animations
166
423925
2481
これを説明するため
アニメーションを作成しました
アニメーションを作成しました
07:18
where we actually look
at, in these artist renderings,
at, in these artist renderings,
167
426430
2603
この概念図で示すのは
07:21
what biomolecules might look
like and how we might separate them.
like and how we might separate them.
168
429057
3541
生体分子がどのように見えるか
そして それらの分離の様子です
そして それらの分離の様子です
07:24
Step one: what we'd have
to do, first of all,
to do, first of all,
169
432622
2549
ステップ１：まず しなくてはならない事は
07:27
is attach every biomolecule,
shown in brown here,
shown in brown here,
170
435195
3389
茶色で示してある
生体分子全てに
生体分子全てに
07:30
to a little anchor, a little handle.
171
438608
2159
小さな取っ手をつけます
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
脳の分子を１つずつ
離さなくてはならないので
離さなくてはならないので
07:35
and to do that, we need
to have a little handle
to have a little handle
173
443910
2326
それには 小さな取っ手が要ります
07:38
that allows those polymers to bind to them
174
446260
2285
ポリマーを取っ手と結合させ
07:40
and to exert their force.
175
448569
1542
力を伝えます
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
ただ紙おむつのポリマーを
脳の上に置いたら
脳の上に置いたら
07:46
obviously, it's going to sit there on top.
177
454463
2037
脳の表面に乗っかっているだけです
07:48
So we need to find a way
to make the polymers inside.
to make the polymers inside.
178
456524
2528
ポリマーを脳内に入れる方法を
考え出す必要があります
考え出す必要があります
07:51
And this is where we're really lucky.
179
459076
1788
ここがとても幸運なところで
07:52
It turns out, you can
get the building blocks,
get the building blocks,
180
460888
2188
モノマーと呼ばれる単量体を
07:55
monomers, as they're called,
181
463100
1372
これに使えるのです
07:56
and if you let them go into the brain
182
464496
1784
それを脳内に入れて
07:58
and then trigger the chemical reactions,
183
466304
2036
化学反応を引き起こさせ
08:00
you can get them to form
those long chains,
those long chains,
184
468364
2702
この長いポリマーの鎖を
作る事ができるのです
作る事ができるのです
08:03
right there inside the brain tissue.
185
471090
1798
脳の組織内 その場でです
08:05
They're going to wind their way
around biomolecules
around biomolecules
186
473325
2397
ポリマーは生体分子の周りや
08:07
and between biomolecules,
187
475746
1221
分子間に巻き付き
08:08
forming those complex webs
188
476991
1625
複雑な網を作り
08:10
that will allow you, eventually,
to pull apart the molecules
to pull apart the molecules
189
478640
2862
最後には分子を
お互いから引き離します
お互いから引き離します
08:13
from each other.
190
481526
1175
最後には分子を
お互いから引き離します
お互いから引き離します
08:14
And every time one
of those little handles is around,
of those little handles is around,
191
482725
3054
取っ手の１つがあれば
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
ポリマーは取っ手に結合します
まさにこれが必要なことで
まさにこれが必要なことで
08:21
in order to pull the molecules
apart from each other.
apart from each other.
193
489177
2531
これが分子をお互いから引き離すのです
08:23
All right, the moment of truth.
194
491732
1693
実は ここで重要な事が１つ
08:25
We have to treat this specimen
195
493449
2148
試料を薬品で処理し
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
分子の繫がりをほぐさなくてはなりません
そうすれば水を加えると
08:31
and then, when we add water,
197
499091
1836
08:32
that swellable material is going
to start absorbing the water,
to start absorbing the water,
198
500951
2953
膨潤性のある素材は
水を吸い始めるのです
水を吸い始めるのです
08:35
the polymer chains will move apart,
199
503928
1703
ポリマーの鎖は互いに遠のき始め
08:37
but now, the biomolecules
will come along for the ride.
will come along for the ride.
200
505655
2722
それと共に生体分子が
お互い遠のき合います
お互い遠のき合います
08:40
And much like drawing
a picture on a balloon,
a picture on a balloon,
201
508401
2164
それは風船に
絵を描くのと似ています
絵を描くのと似ています
08:42
and then you blow up the balloon,
202
510589
1587
そのまま風船を膨らませても
08:44
the image is the same,
203
512200
1290
上に描かれたイメージは同じですが
08:45
but the ink particles have moved
away from each other.
away from each other.
204
513514
2548
絵のインク分子は
１つ１つ遠のいて行きます
１つ１つ遠のいて行きます
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
それと同じ事が３Dでできたのです
08:51
There's one last trick.
206
519577
1999
最後に１つの工夫があります
08:53
As you can see here,
207
521600
1218
ここに見られるように
08:54
we've color-coded
all the biomolecules brown.
all the biomolecules brown.
208
522842
2109
生体分子は全部茶色に
色分けしてあります
色分けしてあります
08:56
That's because they all
kind of look the same.
kind of look the same.
209
524975
2170
どれもみんな似ているからです
08:59
Biomolecules are made
out of the same atoms,
out of the same atoms,
210
527169
2105
生体分子は同じ原子からできていますが
09:01
but just in different orders.
211
529298
2240
ただその並び方が違うのです
09:03
So we need one last thing
212
531562
1500
それで最後にあるものが
09:05
in order to make them visible.
213
533086
1695
分子を見分ける為に必要です
09:06
We have to bring in little tags,
214
534805
1579
小さな名札です
09:08
with glowing dyes
that will distinguish them.
that will distinguish them.
215
536408
3019
光る染料で生体分子を
見分けるようにします
見分けるようにします
09:11
So one kind of biomolecule
might get a blue color.
might get a blue color.
216
539451
2673
ある種の生体分子は青で
09:14
Another kind of biomolecule
might get a red color.
might get a red color.
217
542148
2351
別の種類は赤という風に
09:16
And so forth.
218
544523
1276
種類別に色を変えます
09:17
And that's the final step.
219
545823
1552
それが最後の段階です
09:19
Now we can look at something like a brain
220
547399
2278
これで脳の
09:21
and look at the individual molecules,
221
549701
1796
分子を１つ１つ見る事ができます
09:23
because we've moved them
far apart enough from each other
far apart enough from each other
222
551521
2707
なぜなら分子同士が十分離れているので
09:26
that we can tell them apart.
223
554252
1698
個々の分子を識別できるからです
09:27
So the hope here is that
we can make the invisible visible.
we can make the invisible visible.
224
555974
2834
ここでは今まで視認できなかったものを
見えるようにすることが目標です
見えるようにすることが目標です
09:30
We can turn things that might seem
small and obscure
small and obscure
225
558832
2566
小さくはっきりしないしないものを
09:33
and blow them up
226
561422
1151
膨らませて
09:34
until they're like constellations
of information about life.
of information about life.
227
562597
3177
生物が持つ情報の集合体が
星座のように見られます
星座のように見られます
09:37
Here's an actual video
of what it might look like.
of what it might look like.
228
565798
2375
これがその様子を示す
実際のビデオです
実際のビデオです
09:40
We have here a little brain in a dish --
229
568197
2371
培養皿に小さな脳が・・・
09:42
a little piece of a brain, actually.
230
570592
1747
脳の一部が少しあります
09:44
We've infused the polymer in,
231
572363
1596
ポリマーが注入されています
09:45
and now we're adding water.
232
573983
1467
これに水を加えます
09:47
What you'll see is that,
right before your eyes --
right before your eyes --
233
575474
2358
皆様の目の前で起こるのは・・・
このビデオは60倍に
圧縮されています
圧縮されています
09:49
this video is sped up about sixtyfold --
234
577856
1923
09:51
this little piece of brain tissue
is going to grow.
is going to grow.
235
579803
2725
この小さな脳組織が大きくなります
09:54
It can increase by a hundredfold
or even more in volume.
or even more in volume.
236
582552
3180
百倍あるいはそれ以上の大きさにもなり得ます
09:57
And the cool part is, because
those polymers are so tiny,
those polymers are so tiny,
237
585756
2949
これが巧くできているのは
ポリマーがとても小さいので
ポリマーがとても小さいので
10:00
we're separating biomolecules
evenly from each other.
evenly from each other.
238
588729
2559
生体分子を等間隔に
分離させている事です
分離させている事です
10:03
It's a smooth expansion.
239
591312
1658
スムーズな膨張です
10:04
We're not losing the configuration
of the information.
of the information.
240
592994
2687
情報の配置関係は失われてはいません
10:07
We're just making it easier to see.
241
595705
2700
ただ見やすくしているだけです
10:11
So now we can take
actual brain circuitry --
actual brain circuitry --
242
599333
2176
これで実際の脳の神経回路を
見る事ができます
見る事ができます
10:13
here's a piece of the brain
involved with, for example, memory --
involved with, for example, memory --
243
601533
3134
例えば ここに記憶を司る
脳の部分があります
脳の部分があります
10:16
and we can zoom in.
244
604691
1263
ここにズームインして
10:17
We can start to actually look at
how circuits are configured.
how circuits are configured.
245
605978
2890
神経回路がどのように配線されているか
見る事ができます
見る事ができます
10:20
Maybe someday we could read out a memory.
246
608892
1968
恐らく将来は記憶を
読み取れるようになるかも
読み取れるようになるかも
10:22
Maybe we could actually look
at how circuits are configured
at how circuits are configured
247
610884
2779
神経回路がどのようになって
感情を生み出しているのか
10:25
to process emotions,
248
613687
1152
10:26
how the actual wiring
of our brain is organized
of our brain is organized
249
614863
2922
神経回路の繫がりがどうなって
ヒトとしての我々を作っているのか
ヒトとしての我々を作っているのか
10:29
in order to make us who we are.
250
617809
2567
見られるようになるかも知れません
10:32
And of course, we can pinpoint, hopefully,
251
620400
2047
もちろん うまく行けば
的確に
的確に
10:34
the actual problems in the brain
at a molecular level.
at a molecular level.
252
622471
3159
脳内の実際の問題箇所を
分子レベルで突き止められるので
分子レベルで突き止められるので
10:37
What if we could actually
look into cells in the brain
look into cells in the brain
253
625654
2569
脳内の細胞を実際に見て
10:40
and figure out, wow, here are the 17
molecules that have altered
molecules that have altered
254
628247
3083
「この17個の分子が脳組織に変化を起こして
てんかんの原因となっているんだ」
てんかんの原因となっているんだ」
10:43
in this brain tissue that has been
undergoing epilepsy
undergoing epilepsy
255
631354
3455
とか
10:46
or changing in Parkinson's disease
256
634833
1650
パーキンソン病における推移を見られ
10:48
or otherwise being altered?
257
636507
1517
または修復できるとしたらすごいですね
10:50
If we get that systematic list
of things that are going wrong,
of things that are going wrong,
258
638048
3043
悪い箇所の系統立ったリストが手に入るなら
10:53
those become our therapeutic targets.
259
641115
2199
それが治療の標的となり
10:55
We can build drugs that bind those.
260
643338
1677
そこに結合する薬が作られます
10:57
We can maybe aim energy
at different parts of the brain
at different parts of the brain
261
645039
2627
脳の特定箇所に
集中的にエネルギー照射をして
集中的にエネルギー照射をして
10:59
in order to help people
with Parkinson's or epilepsy
with Parkinson's or epilepsy
262
647690
2687
パーキンソン病やてんかんの患者や
11:02
or other conditions that affect
over a billion people
over a billion people
263
650401
2551
その他の脳疾患を持つ
世界中の十億以上の人々を
世界中の十億以上の人々を
11:04
around the world.
264
652976
1213
助けられるかも知れません
11:07
Now, something interesting
has been happening.
has been happening.
265
655246
2206
面白いことが今起きています
11:09
It turns out that throughout biomedicine,
266
657476
2705
医学において生体分子を
拡大して観察できることが
拡大して観察できることが
11:12
there are other problems
that expansion might help with.
that expansion might help with.
267
660205
2666
助けとなる他の問題があるのです
11:14
This is an actual biopsy
from a human breast cancer patient.
from a human breast cancer patient.
268
662895
3234
これは乳がん患者の生検材料です
11:18
It turns out that if you look at cancers,
269
666505
2188
このように癌や
11:20
if you look at the immune system,
270
668717
1611
免疫組織など
11:22
if you look at aging,
if you look at development --
if you look at development --
271
670352
2513
また加齢や成長過程を見ると
11:24
all these processes are involving
large-scale biological systems.
large-scale biological systems.
272
672889
4497
これらは全て
生物学的システム全体が関与していますが
生物学的システム全体が関与していますが
11:29
But of course, the problems begin
with those little nanoscale molecules,
with those little nanoscale molecules,
273
677410
4024
もちろん それらの問題は
人体が機能する為の細胞や臓器を作る
人体が機能する為の細胞や臓器を作る
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
ナノスケールの分子から始まっています
11:37
So what we're trying
to do now is to figure out
to do now is to figure out
275
685351
2222
そこで今 我々は
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
様々な病気に広く使えないかと
このテクノロジーを使い
このテクノロジーを使い
11:43
in a wide variety of diseases.
277
691087
1745
生命の構成単位の地図作りに
取り組んでいます
取り組んでいます
11:44
Can we actually pinpoint
the molecular changes in a tumor
the molecular changes in a tumor
278
692856
2896
癌に起きる分子の変化を
ピンポイントで見つけ
ピンポイントで見つけ
11:47
so that we can actually
go after it in a smart way
go after it in a smart way
279
695776
2369
巧い方法でそれを捉えて
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
ちょうどその箇所に薬を運び
除きたい細胞だけをとり除けないか？
除きたい細胞だけをとり除けないか？
11:54
You know, a lot of medicine
is very high risk.
is very high risk.
281
702137
2335
ご存知のように薬の多くには
危険を伴い
危険を伴い
11:56
Sometimes, it's even guesswork.
282
704496
1782
時には当てずっぽうで投与されます
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
私の希望は月に行くかのような
危険性の高い無謀な治療を
危険性の高い無謀な治療を
12:02
into something that's more reliable.
284
710525
1769
もっと確かなものにすることです
12:04
If you think about the original moon shot,
285
712318
2055
もっとも実際にあった月旅行は
12:06
where they actually landed on the moon,
286
714397
1898
月に着陸したので
12:08
it was based on solid science.
287
716319
1444
堅固な科学に基づいていました
12:09
We understood gravity;
288
717787
1603
重力や
空気力学の理解に基づき
12:11
we understood aerodynamics.
289
719414
1341
12:12
We knew how to build rockets.
290
720779
1395
宇宙船は作られました
12:14
The science risk was under control.
291
722198
2468
リスクが科学的にコントロールされた
12:16
It was still a great, great
feat of engineering.
feat of engineering.
292
724690
2753
それは それは偉大なる
技術の集結でしたが
技術の集結でしたが
12:19
But in medicine, we don't
necessarily have all the laws.
necessarily have all the laws.
293
727467
2645
医療では そんな法則が
必ずしもあるとは言えません
必ずしもあるとは言えません
12:22
Do we have all the laws
that are analogous to gravity,
that are analogous to gravity,
294
730136
3109
医療に重力や空気力学のような
12:25
that are analogous to aerodynamics?
295
733269
2344
そんな法則がありますか？
12:27
I would argue that with technologies
296
735637
1730
今日私が話しているような
12:29
like the kinds I'm talking about today,
297
737391
1872
テクノロジーを使いそんな法則を
12:31
maybe we can actually derive those.
298
739287
1693
導き出せるかもしれません
12:33
We can map the patterns
that occur in living systems,
that occur in living systems,
299
741004
2857
生体のシステム内で
起きているパターンの地図を作り
起きているパターンの地図を作り
12:35
and figure out how to overcome
the diseases that plague us.
the diseases that plague us.
300
743885
4558
我々を悩ます病気を克服する方法を
見つけられます
見つけられます
12:41
You know, my wife and I
have two young kids,
have two young kids,
301
749499
2079
私と妻には幼い二人の子供たちがいます
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
生物工学者として私は
子供たちのために今より良い未来をと
子供たちのために今より良い未来をと
12:46
than it currently is for us.
303
754860
1729
願っています
12:48
And my hope is, if we can
turn biology and medicine
turn biology and medicine
304
756613
3730
そして生物学と医療を
12:52
from these high-risk endeavors
that are governed by chance and luck,
that are governed by chance and luck,
305
760367
4357
偶然と運にだけに頼る
危険性の高い試みから
危険性の高い試みから
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
日々精進して技能を磨き
可能なものにできるならば
可能なものにできるならば
13:00
then that would be a great advance.
307
768699
1898
それは 大きな進歩となるでしょう
13:02
Thank you very much.
308
770621
1206
ありがとうございました
13:03
(Applause)
309
771851
10383
（拍手）
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