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Ed Boyden: A new way to study the brain's invisible secrets
에드 보이든(Ed Boyden): 아기 기저귀로부터 탄생한 뇌 연구
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신경과학자 에드 보이든은 인간의 뇌 속 생체분자가 어떻게 감정, 생각은 물론 느낌들을 만들어내는 지를 밝혀내고자 합니다. 간질과 알츠하이머 질환 치료의 열쇠가 될 분자 변화를 알아내고자 하는 것입니다. 그는 더 이상 보이지 않는 미세한 구조들을 확대하지 않고, 한 가지 질문을 던집니다. "뇌를 물리적으로 확대시켜 관찰을 보다 쉽게 한다면?" 에드 보이든을 통해 아기 기저귀를 부풀리는 중합체가 어떻게 뇌에 대한 이해를 돕는지 알아보십시오.
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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안녕하세요, 여러분.
00:12
Hello, everybody.
0
904
1405
오늘 전 아기 기저귀를
가지고 왔는데요.
가지고 왔는데요.
00:14
I brought with me today a baby diaper.
1
2333
2643
그 이유는 잠시 후에 아실 겁니다.
00:18
You'll see why in a second.
2
6793
1722
기저귀에는 흥미로운 요소들이 있습니다.
00:20
Baby diapers have interesting properties.
3
8539
2010
물을 가하면 엄청나게 부풀어오르는 점은
00:22
They can swell enormously
when you add water to them,
when you add water to them,
4
10573
2691
매일 수백만 명의
아이들이 하는 실험이죠.
아이들이 하는 실험이죠.
00:25
an experiment done
by millions of kids every day.
by millions of kids every day.
5
13288
2984
(웃음)
00:28
(Laughter)
6
16296
1150
기저귀의 흡수성이 뛰어난 이유는
우수한 디자인에 있습니다.
우수한 디자인에 있습니다.
00:29
But the reason why
7
17470
1494
00:30
is that they're designed
in a very clever way.
in a very clever way.
8
18988
2190
00:33
They're made out of a thing
called a swellable material.
called a swellable material.
9
21202
2635
기저귀는 부풀어오르는 소재로 만들며
00:35
It's a special kind of material that,
when you add water,
when you add water,
10
23861
2737
이 특수 소재는 물을 가했을 때
엄청나게 부풀어오르는데요.
엄청나게 부풀어오르는데요.
00:38
it will swell up enormously,
11
26622
1430
약 천 배 정도의 부피로 늘어납니다.
00:40
maybe a thousand times in volume.
12
28076
2166
00:42
And this is a very useful,
industrial kind of polymer.
industrial kind of polymer.
13
30266
3236
산업상으로도 매우 유용하게 쓰이죠.
MIT의 제 팀은 현재
00:45
But what we're trying to do
in my group at MIT
in my group at MIT
14
33819
2526
비슷한 원리를 인간 뇌에
적용 가능성을 연구하고 있습니다.
적용 가능성을 연구하고 있습니다.
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
뇌를 안을 볼 수 있을 만큼 확대하여
00:52
big enough that you
can peer inside
can peer inside
17
40789
1678
각각의 단위체와 생체 분자를 관찰하고
00:54
and see all the tiny building blocks,
the biomolecules,
the biomolecules,
18
42481
2628
3차원으로 어떻게 조직되어 있는지
00:57
how they're organized in three dimensions,
19
45133
2151
그 구조와, 뇌에 대한 진실을
알고자 하는 것입니다
알고자 하는 것입니다
00:59
the structure, the ground truth
structure of the brain, if you will?
structure of the brain, if you will?
20
47308
3485
만약 실험이 성공한다면
01:02
If we could get that,
21
50817
1158
우리 뇌를 보다 잘
이해할 수 있을 겁니다.
이해할 수 있을 겁니다.
01:03
maybe we could have a better understanding
of how the brain is organized
of how the brain is organized
22
51999
3509
어떻게 생각을 하고, 감정을 느끼며
01:07
to yield thoughts and emotions
23
55532
1659
행동을 하고 흥미를 느끼는지를요.
01:09
and actions and sensations.
24
57215
1719
아마도 뇌의 변화를 정확히 짚어내어
01:10
Maybe we could try to pinpoint
the exact changes in the brain
the exact changes in the brain
25
58958
3415
질병을 유발하는 요소들
01:14
that result in diseases,
26
62397
1776
특히 알츠하이머, 간질,
파킨슨병과 같이
파킨슨병과 같이
01:16
diseases like Alzheimer's
and epilepsy and Parkinson's,
and epilepsy and Parkinson's,
27
64197
3212
완전한 치료법이 거의 없고
01:19
for which there are few
treatments, much less cures,
treatments, much less cures,
28
67433
2578
근본을 알 수 없는 병의
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
원인을 규명할 수 있을 것입니다.
01:25
and what's really causing them to occur.
30
73676
2135
01:28
Now, our group at MIT
31
76613
1740
자, MIT의 저희 팀은
지난 백 년간 신경과학이
진행되어 온 방식을
진행되어 온 방식을
01:30
is trying to take
a different point of view
a different point of view
32
78377
2686
01:33
from the way neuroscience has
been done over the last hundred years.
been done over the last hundred years.
33
81087
3230
새로운 관점에서 보고자 합니다
디자이너이자, 발명가로서
01:36
We're designers. We're inventors.
34
84341
1579
뇌를 들여다보고 고칠
기술을 고안하고자 합니다
기술을 고안하고자 합니다
01:37
We're trying to figure out
how to build technologies
how to build technologies
35
85944
2544
01:40
that let us look at and repair the brain.
36
88512
2456
그 이유는
01:42
And the reason is,
37
90992
1151
우리 뇌가 놀랄만큼
복잡하기 때문입니다.
복잡하기 때문입니다.
01:44
the brain is incredibly,
incredibly complicated.
incredibly complicated.
38
92167
2801
01:47
So what we've learned
over the first century of neuroscience
over the first century of neuroscience
39
95484
2887
신경과학의 첫 세기를
거치며 알아낸 것은
거치며 알아낸 것은
뇌가 매우 복잡한 신경망이며
01:50
is that the brain is a very
complicated network,
complicated network,
40
98395
2303
특화된 세포인 뉴런으로
구성되어 있고 복잡한 구조에
구성되어 있고 복잡한 구조에
01:52
made out of very specialized
cells called neurons
cells called neurons
41
100722
2480
01:55
with very complex geometries,
42
103226
1667
이러한 뉴런에 전류가
흐른다는 사실입니다.
흐른다는 사실입니다.
01:56
and electrical currents will flow
through these complexly shaped neurons.
through these complexly shaped neurons.
43
104917
4237
또, 뉴런들은 네트워크로
연결되어 있는데요.
연결되어 있는데요.
02:01
Furthermore, neurons
are connected in networks.
are connected in networks.
44
109653
2784
뉴런은 화학물질을 전달하는
시냅스로 연결되어 있고
시냅스로 연결되어 있고
02:04
They're connected by little junctions
called synapses that exchange chemicals
called synapses that exchange chemicals
45
112461
3835
시냅스는 뉴런 간의 소통을 담당합니다.
02:08
and allow the neurons
to talk to each other.
to talk to each other.
46
116320
2218
뇌의 밀도는 놀랍습니다.
02:10
The density of the brain is incredible.
47
118562
1940
뇌의 1 세제곱 밀리미터안에는
뉴런이 약 10만 개가 존재하며
뉴런이 약 10만 개가 존재하며
02:12
In a cubic millimeter of your brain,
48
120526
2307
02:14
there are about 100,000 of these neurons
49
122857
2457
10억 개 이상의 연결고리가 있습니다.
02:17
and maybe a billion of those connections.
50
125338
2517
하지만 이보다 더 심합니다.
02:20
But it's worse.
51
128887
1382
만약 뉴런 하나를 확대할 수 있다면
02:22
So, if you could zoom in to a neuron,
52
130293
2305
물론 이건 화가의 연출일 뿐이지만요.
02:24
and, of course, this is just
our artist's rendition of it.
our artist's rendition of it.
53
132622
2750
수천 가지 종류의
생체 분자와 나노기계가
생체 분자와 나노기계가
02:27
What you would see are thousands
and thousands of kinds of biomolecules,
and thousands of kinds of biomolecules,
54
135396
4207
02:31
little nanoscale machines
organized in complex, 3D patterns,
organized in complex, 3D patterns,
55
139627
4400
3차원의 복잡한 구조로
된 것을 볼 수 있습니다
된 것을 볼 수 있습니다
나노기계는 전기적인 박동을 만들어내며
02:36
and together they mediate
those electrical pulses,
those electrical pulses,
56
144051
2628
이때의 화학물질 교환이 뉴런으로 하여금
02:38
those chemical exchanges
that allow neurons to work together
that allow neurons to work together
57
146703
3937
생각과 감정을 만드는
작용을 하게 합니다.
작용을 하게 합니다.
02:42
to generate things like thoughts
and feelings and so forth.
and feelings and so forth.
58
150664
3669
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
우리는 뇌 속 뉴런들이 어떻게
네트워크를 만들도록
조직되어 있는지 모르고
조직되어 있는지 모르고
02:50
to form networks,
60
158145
1174
어떻게 생체분자들이 뉴런 내부에
02:51
and we don't know how
the biomolecules are organized
the biomolecules are organized
61
159343
2500
02:53
within neurons
62
161867
1174
복잡하면서도 정돈된 기계를
만드는지 모르지만
만드는지 모르지만
02:55
to form these complex, organized machines.
63
163065
2405
이를 바르게 이해하고자 한다면
새로운 기술이 필요할 것입니다.
새로운 기술이 필요할 것입니다.
02:57
If we really want to understand this,
64
165918
1820
02:59
we're going to need new technologies.
65
167762
1817
앞서 말한 지도를 접할 수 있다면
03:01
But if we could get such maps,
66
169603
1784
즉, 생물의 분자와 뉴런, 그리고
03:03
if we could look at the organization
of molecules and neurons
of molecules and neurons
67
171411
2943
뉴런 간의 네트워크를 볼 수 있다면
03:06
and neurons and networks,
68
174378
1566
뇌가 어떻게 감각기관으로부터
정보를 획득하고
정보를 획득하고
03:07
maybe we could really understand
how the brain conducts information
how the brain conducts information
69
175968
3437
03:11
from sensory regions,
70
179429
1167
감정, 느낌과 함께 섞어
03:12
mixes it with emotion and feeling,
71
180620
1736
판단하고 행동하는지
이해하게 될 겁니다.
이해하게 될 겁니다.
03:14
and generates our decisions and actions.
72
182380
2394
아마 뇌 질환을 일으키는
03:17
Maybe we could pinpoint the exact set
of molecular changes that occur
of molecular changes that occur
73
185131
3789
분자 변화를 짚어낼 수도 있을 겁니다.
03:20
in a brain disorder.
74
188944
1202
분자 간 변화를 짚어내는 순간부터
03:22
And once we know how
those molecules have changed,
those molecules have changed,
75
190170
2822
즉, 분자의 수량 변화나
패턴 변화를 알아내고부터는
패턴 변화를 알아내고부터는
03:25
whether they've increased in number
or changed in pattern,
or changed in pattern,
76
193016
2780
그것을 표적으로 신약을 만들어내고
03:27
we could use those
as targets for new drugs,
as targets for new drugs,
77
195820
2939
뇌에 에너지를 공급하는 방법을 알아내어
03:30
for new ways of delivering
energy into the brain
energy into the brain
78
198783
2271
뇌 질환으로부터 고통받는 이들의
03:33
in order to repair the brain
computations that are afflicted
computations that are afflicted
79
201078
3880
뇌를 치료할 수 있을 것입니다.
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
지난 한 세기 동안 우리는
이러한 문제를 대면할
기술들을 보아왔습니다.
기술들을 보아왔습니다.
03:43
to try to confront this.
82
211060
1166
모두가 한 번쯤은 MRI로 찍힌
03:44
I think we've all seen brain scans
83
212250
1880
뇌 사진을 본 적이 있다고 생각합니다.
03:46
taken using MRI machines.
84
214154
2034
이러한 기술은 큰 힘을 갖는데요.
03:48
These, of course, have the great power
that they are noninvasive,
that they are noninvasive,
85
216212
3347
수술없이 인간에게
쓰일 수 있기 때문입니다.
쓰일 수 있기 때문입니다.
03:51
they can be used on living human subjects.
86
219583
2355
하지만 이는 공간적으로 조잡합니다.
03:54
But also, they're spatially crude.
87
222407
2231
여기서 볼 수 있는 덩어리
03:56
Each of these blobs that you see,
or voxels, as they're called,
or voxels, as they're called,
88
224662
2990
'화소'들은
수백만 개의 뉴런을
담아낼 수 있습니다.
담아낼 수 있습니다.
03:59
can contain millions
and millions of neurons.
and millions of neurons.
89
227676
2689
아직 정확한 분자 변화나
연결 구조를 밝혀 내지는 못했기에
연결 구조를 밝혀 내지는 못했기에
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
04:06
or the changes in the wiring
of these networks
of these networks
92
234825
2286
우리가 의식을 갖고 힘있는 존재로
사는 원리 또한 모릅니다.
사는 원리 또한 모릅니다.
04:09
that contributes to our ability
to be conscious and powerful beings.
to be conscious and powerful beings.
93
237135
3946
한편으로는 현미경이 있는데요.
04:13
At the other extreme,
you have microscopes.
you have microscopes.
94
241797
3181
빛을 이용해 작은 것을
관찰하는 현미경은
관찰하는 현미경은
04:17
Microscopes, of course, will use light
to look at little tiny things.
to look at little tiny things.
95
245002
3295
수 세기동안 박테리아 등의
관찰에 쓰였고
관찰에 쓰였고
04:20
For centuries, they've been used
to look at things like bacteria.
to look at things like bacteria.
96
248321
3075
신경과학에서의 현미경은
04:23
For neuroscience,
97
251420
1151
04:24
microscopes are actually how neurons
were discovered in the first place,
were discovered in the first place,
98
252595
3412
뉴런을 처음으로
발견하게 한 장본인입니다.
발견하게 한 장본인입니다.
약 130여년 전에요.
04:28
about 130 years ago.
99
256031
1292
하지만 현미경의 빛에는
근본적인 한계가 있습니다.
근본적인 한계가 있습니다.
04:29
But light is fundamentally limited.
100
257347
2318
보통의 현미경으로는
개별 분자를 관찰할 수 없으며
개별 분자를 관찰할 수 없으며
04:31
You can't see individual molecules
with a regular old microscope.
with a regular old microscope.
101
259689
3298
미세한 연결고리는
더더욱 볼 수 없습니다.
더더욱 볼 수 없습니다.
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
그래서 뇌를 관찰하는 능력을 향상하고
뇌의 구조와 진실에
가까이 가기 위해서는
가까이 가기 위해서는
04:41
to get down to the ground truth structure,
104
269153
2168
더욱 진보된 기술이 필요합니다.
04:43
we're going to need to have
even better technologies.
even better technologies.
105
271345
3280
제 팀은 몇 년전 이렇게 생각했습니다.
04:47
My group, a couple years ago,
started thinking:
started thinking:
106
275611
2224
'왜 우리는 반대로 하지 않을까?'
04:49
Why don't we do the opposite?
107
277859
1412
뇌를 확대해 관찰하는 것이 어렵다면
04:51
If it's so darn complicated
to zoom in to the brain,
to zoom in to the brain,
108
279295
2461
왜 뇌 자체를 확대하지 않는 것일까요?
04:53
why can't we make the brain bigger?
109
281780
1943
이 아이디어는 제 팀에
속한 두 대학원생
속한 두 대학원생
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
페이 첸과 폴 틸버그에 의해 시작되어
현재는 다른 팀원들의
도움을 받고 있습니다.
도움을 받고 있습니다.
05:00
Now many others in my group
are helping with this process.
are helping with this process.
112
288365
2720
저희는 기저귀 속의 성분과
비슷한 중합체를
비슷한 중합체를
05:03
We decided to try to figure out
if we could take polymers,
if we could take polymers,
113
291109
2762
05:05
like the stuff in the baby diaper,
114
293895
1629
뇌 속에 물리적으로
심을 계획을 세웠습니다.
심을 계획을 세웠습니다.
05:07
and install it physically
within the brain.
within the brain.
115
295548
2006
이 계획이 성공하고
05:09
If we could do it just right,
and you add water,
and you add water,
116
297578
2241
그 뒤 물을 가한다면 우리 뇌를 부풀려
05:11
you can potentially blow the brain up
117
299843
1835
생체분자를 식별할 만큼의 크기로
만들 수 있을 겁니다.
만들 수 있을 겁니다.
05:13
to where you could distinguish
those tiny biomolecules from each other.
those tiny biomolecules from each other.
118
301702
3377
뇌 속 연결고리를 관찰하고
05:17
You would see those connections
and get maps of the brain.
and get maps of the brain.
119
305103
2870
뇌 지도를 만들어내는 겁니다.
충분히 극적인 장면이죠.
05:19
This could potentially be quite dramatic.
120
307997
1988
작은 시범을 하나 보여드리겠습니다.
05:22
We brought a little demo here.
121
310009
3008
정화된 기저귀 재료가 조금 있는데요.
05:25
We got some purified baby diaper material.
122
313538
2575
이때 기저귀에 발생할 수 있는
05:28
It's much easier
just to buy it off the Internet
just to buy it off the Internet
123
316137
2274
여러 가지 성분을 제거하기보다는
05:30
than to extract the few grains
that actually occur in these diapers.
that actually occur in these diapers.
124
318435
3475
인터넷에서 사는 게 더 쉬울 거예요.
이제 여기에 티스푼 하나 정도의
05:33
I'm going to put just one teaspoon here
125
321934
2225
정화된 중합체를 가하고
05:36
of this purified polymer.
126
324706
1794
물을 부으면 됩니다.
05:39
And here we have some water.
127
327270
2152
우리가 지금부터 할 일은
05:41
What we're going to do
128
329446
1162
05:42
is see if this teaspoon
of the baby diaper material
of the baby diaper material
129
330632
3011
이 한 티스푼의 기저귀 성분이
커질 수 있는지를 보는 것입니다.
05:45
can increase in size.
130
333667
1709
여러분은 이 소재의 부피가
05:48
You're going to see it increase in volume
by about a thousandfold
by about a thousandfold
131
336687
3696
천 배 가량 증가하는 것을
직접 보실 수 있을 겁니다.
05:52
before your very eyes.
132
340407
1286
이걸 더 많이 부어 볼 수도 있지만
06:01
I could pour much more of this in there,
133
349597
1972
여러분이 이 분자를 벌써
잘 이해하신 것 같습니다.
잘 이해하신 것 같습니다.
06:03
but I think you've got the idea
134
351593
1558
흥미로운 분자라는 것과
06:05
that this is a very,
very interesting molecule,
very interesting molecule,
135
353175
2502
알맞게 쓰일 경우
06:07
and if can use it in the right way,
136
355701
1912
지난 기술로는 할 수 없었던 방법으로
06:09
we might be able
to really zoom in on the brain
to really zoom in on the brain
137
357637
2321
뇌를 확대할 수 있다는 것을 말입니다.
06:11
in a way that you can't do
with past technologies.
with past technologies.
138
359982
2594
자, 이제 약간의 화학을
설명하겠습니다.
설명하겠습니다.
06:15
OK. So a little bit of chemistry now.
139
363227
2054
기저귀 중합체 안에서
과연 무슨 일이 일어난 걸까요?
과연 무슨 일이 일어난 걸까요?
06:17
What's going on
in the baby diaper polymer?
in the baby diaper polymer?
140
365305
2442
확대해보면
06:19
If you could zoom in,
141
367771
1676
화면과 같은 장면을
보실 수 있을 겁니다.
보실 수 있을 겁니다.
06:21
it might look something like
what you see on the screen.
what you see on the screen.
142
369471
2673
중합체란 사슬 형태의 원자들이
06:24
Polymers are chains of atoms
arranged in long, thin lines.
arranged in long, thin lines.
143
372168
4492
길고 가는 줄로 배열된 것을 말합니다
각각의 사슬은 매우 작은데요.
06:28
The chains are very tiny,
144
376684
1367
생체 분자 하나의 너비와 비슷합니다.
06:30
about the width of a biomolecule,
145
378075
1864
중합체의 밀도 또한 매우 높습니다.
06:31
and these polymers are really dense.
146
379963
1747
서로로부터 생체 분자 하나의
거리를 두고 떨어져 있죠.
거리를 두고 떨어져 있죠.
06:33
They're separated by distances
147
381734
1500
06:35
that are around the size of a biomolecule.
148
383258
2252
이는 긍정적인데요.
06:37
This is very good
149
385534
1165
뇌 속 물질들을 떨어뜨려
놓을 수 있기 때문입니다.
놓을 수 있기 때문입니다.
06:38
because we could potentially
move everything apart in the brain.
move everything apart in the brain.
150
386723
3041
이때 물을 가하면
06:41
If we add water, what will happen is,
151
389788
1848
부풀어오르는 소재가 물을 흡수하고
06:43
this swellable material
is going to absorb the water,
is going to absorb the water,
152
391660
2515
사슬들이 서로로부터 떨어져나가
06:46
the polymer chains will move
apart from each other,
apart from each other,
153
394199
2400
소재의 부피가 증가하게 됩니다.
06:48
and the entire material
is going to become bigger.
is going to become bigger.
154
396623
2634
이 사슬들이 미세하고
06:51
And because these chains are so tiny
155
399615
1814
생체 분자 단위로 떨어져있기 때문에
06:53
and spaced by biomolecular distances,
156
401453
2205
뇌를 관찰할 수 있을 정도의 크기로
06:55
we could potentially blow up the brain
157
403682
2039
부풀릴 수 있는 것입니다.
06:57
and make it big enough to see.
158
405745
1633
07:00
Here's the mystery, then:
159
408020
1240
여기서 신비로운 것은
07:01
How do we actually make
these polymer chains inside the brain
these polymer chains inside the brain
160
409284
3610
중합체 사슬들을
어떻게 뇌에 삽입하여
어떻게 뇌에 삽입하여
분자들을 분리시킬 것인가 입니다.
07:04
so we can move all the biomolecules apart?
161
412918
2239
이것을 할 수 있다면
07:07
If we could do that,
162
415181
1151
가장 근본적이고 진실된
뇌 지도를 만들고
뇌 지도를 만들고
07:08
maybe we could get
ground truth maps of the brain.
ground truth maps of the brain.
163
416356
2397
회로 구조와 내부의 분자를
볼 수 있을 것입니다.
볼 수 있을 것입니다.
07:10
We could look at the wiring.
164
418777
1389
07:12
We can peer inside
and see the molecules within.
and see the molecules within.
165
420190
3157
07:15
To explain this, we made some animations
166
423925
2481
설명을 위해 애니메이션을 준비했는데요.
화가에 의해 연출된 것이지만
07:18
where we actually look
at, in these artist renderings,
at, in these artist renderings,
167
426430
2603
이를 통해 생체 분자들의 모양은 물론
07:21
what biomolecules might look
like and how we might separate them.
like and how we might separate them.
168
429057
3541
분리방법을 고안해볼 수 있습니다.
가장 처음 해야할 일은
07:24
Step one: what we'd have
to do, first of all,
to do, first of all,
169
432622
2549
화면 속 갈색으로 보이는 분자를 모두
07:27
is attach every biomolecule,
shown in brown here,
shown in brown here,
170
435195
3389
하나의 닻에 묶는 것입니다.
07:30
to a little anchor, a little handle.
171
438608
2159
우선 분자들을 분리시켜야 하는데요.
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
중합체들이 분자와
결합하고 힘을 발휘하게 할
결합하고 힘을 발휘하게 할
07:35
and to do that, we need
to have a little handle
to have a little handle
173
443910
2326
07:38
that allows those polymers to bind to them
174
446260
2285
닻이 필요하게 됩니다.
07:40
and to exert their force.
175
448569
1542
기저귀 중합체를 바로 뇌에 투입한다면
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
뇌 표면에 얹혀 있게 될 것입니다.
07:46
obviously, it's going to sit there on top.
177
454463
2037
그래서 중합체들이
침투하게 해야하는데요.
침투하게 해야하는데요.
07:48
So we need to find a way
to make the polymers inside.
to make the polymers inside.
178
456524
2528
여기서 우리의 행운을 실감하게 됩니다.
07:51
And this is where we're really lucky.
179
459076
1788
앞서 말했던 '모노머',
즉 단위체를 모아
즉 단위체를 모아
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
뇌 속으로 침투하게 하고
07:56
and if you let them go into the brain
182
464496
1784
화학반응을 일으킨다면
07:58
and then trigger the chemical reactions,
183
466304
2036
단위체가 뇌 조직 안에서
08:00
you can get them to form
those long chains,
those long chains,
184
468364
2702
사슬 형태로 조직되게 할 수 있습니다.
08:03
right there inside the brain tissue.
185
471090
1798
이 사슬들은 생체분자 주위는 물론
08:05
They're going to wind their way
around biomolecules
around biomolecules
186
473325
2397
그 사이에 들어가
08:07
and between biomolecules,
187
475746
1221
복잡한 그물구조를 만듦으로써
08:08
forming those complex webs
188
476991
1625
생체분자들을 서로로부터
떨어뜨려 놓습니다.
떨어뜨려 놓습니다.
08:10
that will allow you, eventually,
to pull apart the molecules
to pull apart the molecules
189
478640
2862
08:13
from each other.
190
481526
1175
또 앞서 말한 닻이 가까이 올 때마다
08:14
And every time one
of those little handles is around,
of those little handles is around,
191
482725
3054
중합체는 닻에 연결되어
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
분자들을 분리시키게 될 것입니다.
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
자, 이제 진실을 아실 때가 왔습니다.
이 표본은 화학적 처리를 통해
08:25
We have to treat this specimen
195
493449
2148
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
분자 간 연결이 느슨해질 것이고
물을 가할 때 부풀어오르는 소재는
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
물을 흡수하게 될 것입니다.
중합체 사슬은 멀어질테지만
08:35
the polymer chains will move apart,
199
503928
1703
생체분자들이 따라오게 됩니다.
08:37
but now, the biomolecules
will come along for the ride.
will come along for the ride.
200
505655
2722
그리고 풍선에 그림을 그리고
08:40
And much like drawing
a picture on a balloon,
a picture on a balloon,
201
508401
2164
풍선을 부풀릴 때처럼
08:42
and then you blow up the balloon,
202
510589
1587
이미지는 그대로 남게 되지만
08:44
the image is the same,
203
512200
1290
잉크 입자들은 서로 떨어지게 됩니다.
08:45
but the ink particles have moved
away from each other.
away from each other.
204
513514
2548
이것이 우리가 3차원의
단계에서 해낸 일입니다.
단계에서 해낸 일입니다.
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
이제 마지막 단계가 남았는데요.
08:51
There's one last trick.
206
519577
1999
여기서 보실 수 있듯이
08:53
As you can see here,
207
521600
1218
생체분자들은 갈색으로 칠해져 있습니다.
08:54
we've color-coded
all the biomolecules brown.
all the biomolecules brown.
208
522842
2109
이들이 모두 비슷하게
생겼기 때문인데요.
생겼기 때문인데요.
08:56
That's because they all
kind of look the same.
kind of look the same.
209
524975
2170
분자들은 동일한 원자들로 구성되지만
08:59
Biomolecules are made
out of the same atoms,
out of the same atoms,
210
527169
2105
다른 구조로 배열되어 있습니다.
09:01
but just in different orders.
211
529298
2240
그래서 분자가 잘 보이게 하기 위해
09:03
So we need one last thing
212
531562
1500
마지막 한 단계가 더 필요합니다.
09:05
in order to make them visible.
213
533086
1695
빛이 나는 염색약으로 칠해진
09:06
We have to bring in little tags,
214
534805
1579
꼬리표를 부착해 구별하는 겁니다.
09:08
with glowing dyes
that will distinguish them.
that will distinguish them.
215
536408
3019
09:11
So one kind of biomolecule
might get a blue color.
might get a blue color.
216
539451
2673
예를 들면, 한 종류의 생체분자는 파란색
또 다른 종류는 빨간색
09:14
Another kind of biomolecule
might get a red color.
might get a red color.
217
542148
2351
이런 식으로요.
09:16
And so forth.
218
544523
1276
이게 바로 마지막 한 단계인데요.
09:17
And that's the final step.
219
545823
1552
이를 통해 뇌를 보고
09:19
Now we can look at something like a brain
220
547399
2278
낱개의 분자를 관찰하게 되었습니다.
09:21
and look at the individual molecules,
221
549701
1796
분자들을 구분이 가능할 만큼
09:23
because we've moved them
far apart enough from each other
far apart enough from each other
222
551521
2707
떨어뜨려 놓았기 때문이죠.
09:26
that we can tell them apart.
223
554252
1698
제 소망은 눈에 보이지
않는 것을 보이게 하는 겁니다.
않는 것을 보이게 하는 겁니다.
09:27
So the hope here is that
we can make the invisible visible.
we can make the invisible visible.
224
555974
2834
작고 애매하게 보이는 것을 확대하여
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
생명에 대한 정보의 원천이
되게 하는 것입니다.
되게 하는 것입니다.
09:34
until they're like constellations
of information about life.
of information about life.
227
562597
3177
실제 실험을 담은 영상을 보시죠.
09:37
Here's an actual video
of what it might look like.
of what it might look like.
228
565798
2375
작은 뇌를 접시에 얹고
09:40
We have here a little brain in a dish --
229
568197
2371
사실, 뇌의 작은 조각인데요.
09:42
a little piece of a brain, actually.
230
570592
1747
중합체를 침투시키는 단계를 지나
09:44
We've infused the polymer in,
231
572363
1596
물을 가하는 단계에 이르렀습니다.
09:45
and now we're adding water.
232
573983
1467
여러분은 이제 두 눈으로
09:47
What you'll see is that,
right before your eyes --
right before your eyes --
233
575474
2358
60배속의 이 영상 속에서
09:49
this video is sped up about sixtyfold --
234
577856
1923
뇌 조직이 커지는 것을
보실 수 있을 것입니다.
보실 수 있을 것입니다.
09:51
this little piece of brain tissue
is going to grow.
is going to grow.
235
579803
2725
부피가 100배 이상 확대되는데요.
09:54
It can increase by a hundredfold
or even more in volume.
or even more in volume.
236
582552
3180
주목할만한 점은
09:57
And the cool part is, because
those polymers are so tiny,
those polymers are so tiny,
237
585756
2949
중합체들이 너무나도 작기 때문에
생체분자들은 일정한 거리를 두고
떨어지게 된다는 점입니다.
떨어지게 된다는 점입니다.
10:00
we're separating biomolecules
evenly from each other.
evenly from each other.
238
588729
2559
매끄러운 확장이죠.
10:03
It's a smooth expansion.
239
591312
1658
뇌의 정보는 하나도 유실되지 않은 채
10:04
We're not losing the configuration
of the information.
of the information.
240
592994
2687
크기만 커져 관찰이 용이해지는 겁니다.
10:07
We're just making it easier to see.
241
595705
2700
10:11
So now we can take
actual brain circuitry --
actual brain circuitry --
242
599333
2176
이제 실제 뇌의 회로를 볼 수 있습니다
예를 들어, 기억에 관여하는
뇌 조직이 있다면
뇌 조직이 있다면
10:13
here's a piece of the brain
involved with, for example, memory --
involved with, for example, memory --
243
601533
3134
바로 확대가 가능한 것인데요.
10:16
and we can zoom in.
244
604691
1263
이를 통해 실제 회로의
구성을 알 수 있습니다.
구성을 알 수 있습니다.
10:17
We can start to actually look at
how circuits are configured.
how circuits are configured.
245
605978
2890
언젠가 기억을
읽을 수 있는 날도 오겠죠.
읽을 수 있는 날도 오겠죠.
10:20
Maybe someday we could read out a memory.
246
608892
1968
또 아마 뇌의 회로가 어떻게
10:22
Maybe we could actually look
at how circuits are configured
at how circuits are configured
247
610884
2779
감정을 느끼도록 되어있는지
10:25
to process emotions,
248
613687
1152
각각의 회로 연결이 어떻게
10:26
how the actual wiring
of our brain is organized
of our brain is organized
249
614863
2922
우리 자신의 모습을 구성하는지요.
10:29
in order to make us who we are.
250
617809
2567
또 한 가지 희망사항은
10:32
And of course, we can pinpoint, hopefully,
251
620400
2047
분자단위의 뇌 문제를
짚어내는 것입니다.
짚어내는 것입니다.
10:34
the actual problems in the brain
at a molecular level.
at a molecular level.
252
622471
3159
예를 들어, 실제 뇌세포를
들여다 본다면 어떨까요.
들여다 본다면 어떨까요.
10:37
What if we could actually
look into cells in the brain
look into cells in the brain
253
625654
2569
'여기 이 17개의 분자가
뇌조직의 부정적 변화
뇌조직의 부정적 변화
10:40
and figure out, wow, here are the 17
molecules that have altered
molecules that have altered
254
628247
3083
10:43
in this brain tissue that has been
undergoing epilepsy
undergoing epilepsy
255
631354
3455
간질이나 파킨슨병 등에
10:46
or changing in Parkinson's disease
256
634833
1650
관여하고 있어" 와 같은 정보를
알아낼 수 있다면요.
알아낼 수 있다면요.
10:48
or otherwise being altered?
257
636507
1517
뇌 내부에서 오작동한 구조들의
10:50
If we get that systematic list
of things that are going wrong,
of things that are going wrong,
258
638048
3043
목록을 만들어낼 수 있다면
치료의 목표로 삼아
10:53
those become our therapeutic targets.
259
641115
2199
알맞은 약을 조제할 수 있을 것이고
10:55
We can build drugs that bind those.
260
643338
1677
뇌의 각 부분에 에너지를 조준하여
10:57
We can maybe aim energy
at different parts of the brain
at different parts of the brain
261
645039
2627
파킨슨병이나 간질처럼
10:59
in order to help people
with Parkinson's or epilepsy
with Parkinson's or epilepsy
262
647690
2687
전세계 수많은 사람들에 영향을 미치는
11:02
or other conditions that affect
over a billion people
over a billion people
263
650401
2551
질환의 치료법을 밝힐 수 있을 겁니다
11:04
around the world.
264
652976
1213
우리 주위에는 흥미로운
일들이 일어나고 있습니다.
일들이 일어나고 있습니다.
11:07
Now, something interesting
has been happening.
has been happening.
265
655246
2206
확대의 방식이 도움을 줄 수 있을
11:09
It turns out that throughout biomedicine,
266
657476
2705
생물의약적 문제들이 나타난 것이죠.
11:12
there are other problems
that expansion might help with.
that expansion might help with.
267
660205
2666
이는 실제 유방암 환자의
생체검사 결과로부터 도출된 것인데요.
생체검사 결과로부터 도출된 것인데요.
11:14
This is an actual biopsy
from a human breast cancer patient.
from a human breast cancer patient.
268
662895
3234
암세포들을 관찰하거나
11:18
It turns out that if you look at cancers,
269
666505
2188
면역시스템
11:20
if you look at the immune system,
270
668717
1611
노화, 발달 등을 들여다 본다면
11:22
if you look at aging,
if you look at development --
if you look at development --
271
670352
2513
이 모든 과정들은
11:24
all these processes are involving
large-scale biological systems.
large-scale biological systems.
272
672889
4497
하나의 생체시스템에 속해
작동하고 있음에도
작동하고 있음에도
문제점은 작은 나노 규모의 분자들
11:29
But of course, the problems begin
with those little nanoscale molecules,
with those little nanoscale molecules,
273
677410
4024
인체의 세포와 기관을 작동시키는
소기계들로부터 시작되는 것입니다.
소기계들로부터 시작되는 것입니다.
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
우리가 알아내고자 하는 것은
11:37
So what we're trying
to do now is to figure out
to do now is to figure out
275
685351
2222
이러한 기술로 생명의
단위체를 지도화하여
단위체를 지도화하여
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
치료에 적용할 수 있는가 입니다.
11:43
in a wide variety of diseases.
277
691087
1745
종양이 발생할 때의
분자 변화를 짚어내어
분자 변화를 짚어내어
11:44
Can we actually pinpoint
the molecular changes in a tumor
the molecular changes in a tumor
278
692856
2896
보다 효과적으로 종양을 쫓고
11:47
so that we can actually
go after it in a smart way
go after it in a smart way
279
695776
2369
제거하려는 세포만 제거할
약을 만들어 낼 수 있을까요?
약을 만들어 낼 수 있을까요?
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
약을 만드는 대부분의 과정에는
11:54
You know, a lot of medicine
is very high risk.
is very high risk.
281
702137
2335
큰 위험이 따르고
11:56
Sometimes, it's even guesswork.
282
704496
1782
가끔은 추리력이 필요하기도 합니다.
제 소원은
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
이처럼 여태껏 큰 위험을 갖던 분야를
보다 의지할 만한 것으로
만드는 것입니다.
만드는 것입니다.
12:02
into something that's more reliable.
284
710525
1769
실제 달 착륙
12:04
If you think about the original moon shot,
285
712318
2055
즉, 달에 도착한 과정을 생각하면
12:06
where they actually landed on the moon,
286
714397
1898
모든 과정이 과학을 바탕으로 했습니다.
12:08
it was based on solid science.
287
716319
1444
우리는 중력을 이해했고
12:09
We understood gravity;
288
717787
1603
공기역학을 터득했으며
12:11
we understood aerodynamics.
289
719414
1341
로켓을 만드는 방법을 알아냈습니다.
12:12
We knew how to build rockets.
290
720779
1395
과학적 위험은
통제 범위에 있었던 것이죠.
통제 범위에 있었던 것이죠.
12:14
The science risk was under control.
291
722198
2468
공학 역사에 길이 남을 위업이었습니다.
12:16
It was still a great, great
feat of engineering.
feat of engineering.
292
724690
2753
하지만 의학에서 우리에게는
12:19
But in medicine, we don't
necessarily have all the laws.
necessarily have all the laws.
293
727467
2645
그만큼의 정보가 없습니다.
중력에 해당하는 법칙이 없고
12:22
Do we have all the laws
that are analogous to gravity,
that are analogous to gravity,
294
730136
3109
공기역학과 비등하게 쓰일
정보가 없습니다.
정보가 없습니다.
12:25
that are analogous to aerodynamics?
295
733269
2344
저는 제가 오늘 언급한 기술들이
12:27
I would argue that with technologies
296
735637
1730
12:29
like the kinds I'm talking about today,
297
737391
1872
의학의 필수 정보를
유도해내리라 믿습니다
유도해내리라 믿습니다
12:31
maybe we can actually derive those.
298
739287
1693
생물시스템에 나타나는 패턴들을 기록해
12:33
We can map the patterns
that occur in living systems,
that occur in living systems,
299
741004
2857
우리를 괴롭혀온 질병들을
12:35
and figure out how to overcome
the diseases that plague us.
the diseases that plague us.
300
743885
4558
이겨낼 방법을 찾을 수 있을 것입니다.
제 아내와 저는 두 명의 자녀가 있는데
12:41
You know, my wife and I
have two young kids,
have two young kids,
301
749499
2079
생명공학자로서 저의 꿈은
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
그들에게 현재 우리의 삶보다
더 나은 삶을 주는 것입니다.
12:46
than it currently is for us.
303
754860
1729
제 소망은, 생물학과 의학이 더 이상
12:48
And my hope is, if we can
turn biology and medicine
turn biology and medicine
304
756613
3730
운과 기회에 의해
좌지우지되는 분야가 아닌
좌지우지되는 분야가 아닌
12:52
from these high-risk endeavors
that are governed by chance and luck,
that are governed by chance and luck,
305
760367
4357
실력과 노력으로 성공을
이뤄내는 분야로 만들고 싶습니다.
이뤄내는 분야로 만들고 싶습니다.
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
그것만으로도 큰 발전이
되리라고 믿습니다.
되리라고 믿습니다.
13:00
then that would be a great advance.
307
768699
1898
13:02
Thank you very much.
308
770621
1206
대단히 감사합니다.
13:03
(Applause)
309
771851
10383
(박수)
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