TEDSummit
Ed Boyden: A new way to study the brain's invisible secrets
Ed Boyden: Babyluiers inspireerden tot dit nieuwe type hersenstudie
Filmed:
Readability: 4
1,501,957 views
Neuro-ingenieur Ed Boyden wil weten hoe de kleine biomoleculen in onze hersenen emoties, gedachten en gevoelens genereren -- en hij wil de moleculaire veranderingen vinden die leiden tot aandoeningen als epilepsie en de ziekte van Alzheimer. In plaats van deze onzichtbare structuren met een microscoop te vergroten, vroeg hij zich af: wat als we ze fysiek vergroten en makkelijker te zien maken? Dezelfde polymeren die worden gebruikt om luiers te doen zwellen, zouden een sleutel tot een beter begrip van onze hersenen kunnen zijn.
Ed Boyden - Neuroengineer
Ed Boyden is a professor of biological engineering and brain and cognitive sciences at the MIT Media Lab and the MIT McGovern Institute. Full bio
Ed Boyden is a professor of biological engineering and brain and cognitive sciences at the MIT Media Lab and the MIT McGovern Institute. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
Hello, everybody.
0
904
1405
Hallo iedereen.
00:14
I brought with me today a baby diaper.
1
2333
2643
Ik heb een babyluier bij me.
00:18
You'll see why in a second.
2
6793
1722
Je ziet dadelijk waarom.
00:20
Baby diapers have interesting properties.
3
8539
2010
Luiers hebben interessante eigenschappen.
00:22
They can swell enormously
when you add water to them,
when you add water to them,
4
10573
2691
Ze kunnen enorm opzwellen
als je er water aan toevoegt,
als je er water aan toevoegt,
00:25
an experiment done
by millions of kids every day.
by millions of kids every day.
5
13288
2984
een experiment dat miljoenen kinderen
elke dag weer uitvoeren.
elke dag weer uitvoeren.
00:28
(Laughter)
6
16296
1150
(Gelach)
00:29
But the reason why
7
17470
1494
Ze zijn op een heel
slimme manier ontworpen.
slimme manier ontworpen.
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
Ze bevatten 'opzwelbaar' materiaal.
00:35
It's a special kind of material that,
when you add water,
when you add water,
10
23861
2737
Wanneer je er water aan toevoegt,
00:38
it will swell up enormously,
11
26622
1430
gaat het enorm zwellen,
het volume kan misschien
wel verduizendvoudigen.
wel verduizendvoudigen.
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
Dit is een zeer handig,
industrieel soort polymeer.
industrieel soort polymeer.
00:45
But what we're trying to do
in my group at MIT
in my group at MIT
14
33819
2526
Maar mijn groep aan het MIT
probeert erachter te komen
of we dat ook met hersenen kunnen.
of we dat ook met hersenen kunnen.
00:48
is to figure out if we can do
something similar to the brain.
something similar to the brain.
15
36369
3213
Kunnen we ze groter maken,
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
naar binnen gluren
00:54
and see all the tiny building blocks,
the biomolecules,
the biomolecules,
18
42481
2628
en de bouwstenen,
de biomoleculen, bekijken?
de biomoleculen, bekijken?
Hoe zijn ze georganiseerd
in de drie dimensies?
in de drie dimensies?
00:57
how they're organized in three dimensions,
19
45133
2151
00:59
the structure, the ground truth
structure of the brain, if you will?
structure of the brain, if you will?
20
47308
3485
Hoe is hun structuur, de basisstructuur
van de hersenen, als je wil?
van de hersenen, als je wil?
Als we dat voor elkaar kunnen krijgen,
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
gaan we beter weten
hoe de hersenen zijn georganiseerd
hoe de hersenen zijn georganiseerd
01:07
to yield thoughts and emotions
23
55532
1659
om gedachten, emoties,
01:09
and actions and sensations.
24
57215
1719
acties en sensaties op te leveren.
01:10
Maybe we could try to pinpoint
the exact changes in the brain
the exact changes in the brain
25
58958
3415
Misschien kunnen we de veranderingen
in de hersenen lokaliseren
in de hersenen lokaliseren
01:14
that result in diseases,
26
62397
1776
die leiden tot ziekten,
01:16
diseases like Alzheimer's
and epilepsy and Parkinson's,
and epilepsy and Parkinson's,
27
64197
3212
ziekten zoals Alzheimer,
epilepsie en Parkinson,
epilepsie en Parkinson,
waarvoor er weinig behandelingen
en nog minder geneesmiddelen bestaan,
en nog minder geneesmiddelen bestaan,
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
en waarvan we vaak niet eens
de oorzaak of de oorsprong kennen
de oorzaak of de oorsprong kennen
01:25
and what's really causing them to occur.
30
73676
2135
en wat ze echt veroorzaakt.
01:28
Now, our group at MIT
31
76613
1740
Onze groep aan het MIT
01:30
is trying to take
a different point of view
a different point of view
32
78377
2686
probeert er op een andere
manier naar te kijken
manier naar te kijken
01:33
from the way neuroscience has
been done over the last hundred years.
been done over the last hundred years.
33
81087
3230
dan de neurowetenschappen
in de afgelopen honderd jaar.
in de afgelopen honderd jaar.
01:36
We're designers. We're inventors.
34
84341
1579
Wij zijn ontwerpers, uitvinders.
01:37
We're trying to figure out
how to build technologies
how to build technologies
35
85944
2544
We proberen technologieën te ontwerpen
01:40
that let us look at and repair the brain.
36
88512
2456
die ons toelaten de hersenen
te bekijken en te repareren.
te bekijken en te repareren.
01:42
And the reason is,
37
90992
1151
01:44
the brain is incredibly,
incredibly complicated.
incredibly complicated.
38
92167
2801
Dat doen we omdat de hersenen
ongelooflijk ingewikkeld zijn.
ongelooflijk ingewikkeld zijn.
01:47
So what we've learned
over the first century of neuroscience
over the first century of neuroscience
39
95484
2887
De eerste 100 jaar neurowetenschappen
hebben ons geleerd
hebben ons geleerd
dat de hersenen een zeer
ingewikkeld netwerk zijn
ingewikkeld netwerk zijn
01:50
is that the brain is a very
complicated network,
complicated network,
40
98395
2303
01:52
made out of very specialized
cells called neurons
cells called neurons
41
100722
2480
van zeer gespecialiseerde cellen,
neuronen genoemd,
neuronen genoemd,
01:55
with very complex geometries,
42
103226
1667
met zeer complexe geometrieën.
01:56
and electrical currents will flow
through these complexly shaped neurons.
through these complexly shaped neurons.
43
104917
4237
Er vloeien elektrische stromen
door deze complex gevormde neuronen.
door deze complex gevormde neuronen.
02:01
Furthermore, neurons
are connected in networks.
are connected in networks.
44
109653
2784
Bovendien zijn neuronen
in netwerken verbonden
in netwerken verbonden
door kleine koppelingen, synapsen genaamd,
02:04
They're connected by little junctions
called synapses that exchange chemicals
called synapses that exchange chemicals
45
112461
3835
die de stoffen uitwisselen
02:08
and allow the neurons
to talk to each other.
to talk to each other.
46
116320
2218
waarmee de neuronen met elkaar praten.
De concentratie ervan
in de hersenen is ongelooflijk.
in de hersenen is ongelooflijk.
02:10
The density of the brain is incredible.
47
118562
1940
02:12
In a cubic millimeter of your brain,
48
120526
2307
In één kubieke millimeter van je hersenen
02:14
there are about 100,000 of these neurons
49
122857
2457
vind je ongeveer 100.000 neuronen
02:17
and maybe a billion of those connections.
50
125338
2517
en misschien een miljard verbindingen.
02:20
But it's worse.
51
128887
1382
Maar het is nog erger.
02:22
So, if you could zoom in to a neuron,
52
130293
2305
Als je zou kunnen inzoomen op een neuron
02:24
and, of course, this is just
our artist's rendition of it.
our artist's rendition of it.
53
132622
2750
-- hier in een artistieke impressie --
02:27
What you would see are thousands
and thousands of kinds of biomolecules,
and thousands of kinds of biomolecules,
54
135396
4207
zou je duizenden soorten
biomoleculen zien,
biomoleculen zien,
02:31
little nanoscale machines
organized in complex, 3D patterns,
organized in complex, 3D patterns,
55
139627
4400
kleine nanoschaal machines,
georganiseerd in complexe 3D-patronen.
georganiseerd in complexe 3D-patronen.
02:36
and together they mediate
those electrical pulses,
those electrical pulses,
56
144051
2628
Samen zorgen ze
voor de elektrische pulsen,
voor de elektrische pulsen,
02:38
those chemical exchanges
that allow neurons to work together
that allow neurons to work together
57
146703
3937
de chemische uitwisselingen
waardoor neuronen samenwerken
waardoor neuronen samenwerken
02:42
to generate things like thoughts
and feelings and so forth.
and feelings and so forth.
58
150664
3669
om gedachten, gevoelens
enzovoort te genereren.
enzovoort te genereren.
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
We weten niet hoe de neuronen
in de hersenen zijn georganiseerd,
in de hersenen zijn georganiseerd,
02:50
to form networks,
60
158145
1174
hoe ze netwerken vormen,
02:51
and we don't know how
the biomolecules are organized
the biomolecules are organized
61
159343
2500
of hoe de biomoleculen zijn georganiseerd
02:53
within neurons
62
161867
1174
binnen de neuronen
02:55
to form these complex, organized machines.
63
163065
2405
om die complexe,
georganiseerde machines te vormen.
georganiseerde machines te vormen.
02:57
If we really want to understand this,
64
165918
1820
Als we dit echt willen begrijpen,
02:59
we're going to need new technologies.
65
167762
1817
hebben we nieuwe technologieën nodig.
Als we zulke plattegronden konden krijgen,
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
als we konden kijken
naar de organisatie van de moleculen,
naar de organisatie van de moleculen,
03:06
and neurons and networks,
68
174378
1566
neuronen en netwerken,
03:07
maybe we could really understand
how the brain conducts information
how the brain conducts information
69
175968
3437
zouden we misschien begrijpen
hoe de hersenen informatie overbrengen
hoe de hersenen informatie overbrengen
03:11
from sensory regions,
70
179429
1167
van zintuiglijke gebieden,
03:12
mixes it with emotion and feeling,
71
180620
1736
ze mengen met emotie en gevoel,
03:14
and generates our decisions and actions.
72
182380
2394
en onze beslissingen en acties genereren.
03:17
Maybe we could pinpoint the exact set
of molecular changes that occur
of molecular changes that occur
73
185131
3789
Misschien kunnen we dan
de moleculaire veranderingen lokaliseren
de moleculaire veranderingen lokaliseren
die optreden bij een hersenaandoening.
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
Als we weten hoe
die moleculen zijn veranderd,
die moleculen zijn veranderd,
03:25
whether they've increased in number
or changed in pattern,
or changed in pattern,
76
193016
2780
of ze in aantal toenamen
of in patroon wijzigden,
of in patroon wijzigden,
03:27
we could use those
as targets for new drugs,
as targets for new drugs,
77
195820
2939
kunnen we ze gebruiken
als doelen voor nieuwe medicijnen,
als doelen voor nieuwe medicijnen,
03:30
for new ways of delivering
energy into the brain
energy into the brain
78
198783
2271
voor nieuwe manieren
om energie aan de hersenen te leveren
om energie aan de hersenen te leveren
03:33
in order to repair the brain
computations that are afflicted
computations that are afflicted
79
201078
3880
die de breinwerking moeten repareren
03:36
in patients who suffer
from brain disorders.
from brain disorders.
80
204982
2299
bij patiënten met hersenaandoeningen.
We hebben in de afgelopen eeuw
allerlei technologieën gezien
allerlei technologieën gezien
03:39
We've all seen lots of different
technologies over the last century
technologies over the last century
81
207793
3243
die hier iets aan probeerden te doen.
03:43
to try to confront this.
82
211060
1166
03:44
I think we've all seen brain scans
83
212250
1880
We kennen allemaal wel
hersenscans door MRI-machines.
hersenscans door MRI-machines.
03:46
taken using MRI machines.
84
214154
2034
03:48
These, of course, have the great power
that they are noninvasive,
that they are noninvasive,
85
216212
3347
Belangrijk is natuurlijk
dat die non-invasief zijn,
dat die non-invasief zijn,
ze kunnen worden gebruikt
op levende menselijke proefpersonen.
op levende menselijke proefpersonen.
03:51
they can be used on living human subjects.
86
219583
2355
03:54
But also, they're spatially crude.
87
222407
2231
Maar ze zijn ook ruimtelijk niet precies.
03:56
Each of these blobs that you see,
or voxels, as they're called,
or voxels, as they're called,
88
224662
2990
Elk van deze vlekken, of 'voxels',
03:59
can contain millions
and millions of neurons.
and millions of neurons.
89
227676
2689
kan miljoenen neuronen bevatten.
Het is dus niet het niveau van resolutie
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
om moleculaire veranderingen
te kunnen lokaliseren
te kunnen lokaliseren
04:06
or the changes in the wiring
of these networks
of these networks
92
234825
2286
of veranderingen in de bedrading
van deze netwerken
van deze netwerken
04:09
that contributes to our ability
to be conscious and powerful beings.
to be conscious and powerful beings.
93
237135
3946
die ervoor zorgen dat we bewuste
en machtige wezens zijn.
en machtige wezens zijn.
04:13
At the other extreme,
you have microscopes.
you have microscopes.
94
241797
3181
Aan de andere zijde heb je microscopen.
04:17
Microscopes, of course, will use light
to look at little tiny things.
to look at little tiny things.
95
245002
3295
Microscopen gebruiken licht
om naar hele kleine dingen te kijken.
om naar hele kleine dingen te kijken.
04:20
For centuries, they've been used
to look at things like bacteria.
to look at things like bacteria.
96
248321
3075
Eeuwenlang dienden ze
om te kijken naar dingen als bacteriën.
om te kijken naar dingen als bacteriën.
Door microscopen hebben we
zo'n 130 jaar geleden de neuronen ontdekt.
zo'n 130 jaar geleden de neuronen ontdekt.
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
04:28
about 130 years ago.
99
256031
1292
Maar licht is fundamenteel beperkt.
04:29
But light is fundamentally limited.
100
257347
2318
Je kunt geen individuele moleculen zien
met een gewone oude microscoop.
met een gewone oude microscoop.
04:31
You can't see individual molecules
with a regular old microscope.
with a regular old microscope.
101
259689
3298
Je kunt er deze kleine
verbindingen niet mee zien.
verbindingen niet mee zien.
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
Als we een betere manier willen
om naar de hersenen te kijken,
om naar de hersenen te kijken,
04:41
to get down to the ground truth structure,
104
269153
2168
om hun basisstructuur te zien,
04:43
we're going to need to have
even better technologies.
even better technologies.
105
271345
3280
hebben we betere technologieën nodig.
Een paar jaar geleden bedacht mijn groep
04:47
My group, a couple years ago,
started thinking:
started thinking:
106
275611
2224
dat we net het omgekeerde moesten doen.
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
Als het zo moeilijk is
om in te zoomen op de hersenen,
om in te zoomen op de hersenen,
04:53
why can't we make the brain bigger?
109
281780
1943
waarom de hersenen dan niet groter maken?
04:56
It initially started
110
284166
1155
Het begon aanvankelijk
04:57
with two grad students in my group,
Fei Chen and Paul Tillberg.
Fei Chen and Paul Tillberg.
111
285345
2996
met twee studenten in mijn groep,
Fei Chen en Paul Tillberg.
Fei Chen en Paul Tillberg.
05:00
Now many others in my group
are helping with this process.
are helping with this process.
112
288365
2720
Nu helpen vele anderen
in mijn groep met dit proces.
in mijn groep met dit proces.
05:03
We decided to try to figure out
if we could take polymers,
if we could take polymers,
113
291109
2762
We besloten te proberen
erachter te komen of we polymeren,
erachter te komen of we polymeren,
05:05
like the stuff in the baby diaper,
114
293895
1629
dat materiaal in babyluiers,
05:07
and install it physically
within the brain.
within the brain.
115
295548
2006
fysiek in de hersenen konden inbouwen.
05:09
If we could do it just right,
and you add water,
and you add water,
116
297578
2241
Doen we dat goed
en we voegen water toe,
en we voegen water toe,
zou je de hersenen kunnen laten opzwellen
05:11
you can potentially blow the brain up
117
299843
1835
05:13
to where you could distinguish
those tiny biomolecules from each other.
those tiny biomolecules from each other.
118
301702
3377
zodat je die kleine biomoleculen
van elkaar zou kunnen onderscheiden.
van elkaar zou kunnen onderscheiden.
05:17
You would see those connections
and get maps of the brain.
and get maps of the brain.
119
305103
2870
Je kon dan de verbindingen zien
en hersenkaarten maken.
en hersenkaarten maken.
05:19
This could potentially be quite dramatic.
120
307997
1988
Dit zou heel dramatisch kunnen zijn.
05:22
We brought a little demo here.
121
310009
3008
Hier zie je een kleine demo.
05:25
We got some purified baby diaper material.
122
313538
2575
We hebben hier
wat gezuiverd babyluiermateriaal.
wat gezuiverd babyluiermateriaal.
05:28
It's much easier
just to buy it off the Internet
just to buy it off the Internet
123
316137
2274
Je kan het makkelijker
op het internet kopen
op het internet kopen
05:30
than to extract the few grains
that actually occur in these diapers.
that actually occur in these diapers.
124
318435
3475
dan het uit de luiers halen.
05:33
I'm going to put just one teaspoon here
125
321934
2225
Ik doe hier een theelepel
05:36
of this purified polymer.
126
324706
1794
van het gezuiverde polymeer in.
05:39
And here we have some water.
127
327270
2152
En dan wat water.
05:41
What we're going to do
128
329446
1162
We gaan bekijken
05:42
is see if this teaspoon
of the baby diaper material
of the baby diaper material
129
330632
3011
of deze theelepel luiermateriaal
05:45
can increase in size.
130
333667
1709
in omvang kan toenemen.
05:48
You're going to see it increase in volume
by about a thousandfold
by about a thousandfold
131
336687
3696
Je ziet dat het volume
ongeveer duizend keer groter wordt.
ongeveer duizend keer groter wordt.
05:52
before your very eyes.
132
340407
1286
06:01
I could pour much more of this in there,
133
349597
1972
Ik kon er nog veel meer bij gieten,
06:03
but I think you've got the idea
134
351593
1558
maar je snapt het idee.
06:05
that this is a very,
very interesting molecule,
very interesting molecule,
135
353175
2502
Dit is een zeer interessante molecule,
en als we ze op de
juiste manier gebruiken,
juiste manier gebruiken,
06:07
and if can use it in the right way,
136
355701
1912
06:09
we might be able
to really zoom in on the brain
to really zoom in on the brain
137
357637
2321
kunnen we misschien
inzoomen op de hersenen
inzoomen op de hersenen
op een manier die met de vroegere
technologieën niet mogelijk was.
technologieën niet mogelijk was.
06:11
in a way that you can't do
with past technologies.
with past technologies.
138
359982
2594
06:15
OK. So a little bit of chemistry now.
139
363227
2054
Oké.
Nu een beetje chemie.
Nu een beetje chemie.
06:17
What's going on
in the baby diaper polymer?
in the baby diaper polymer?
140
365305
2442
Wat gebeurt er in het luierpolymeer?
06:19
If you could zoom in,
141
367771
1676
Als je kon inzoomen,
06:21
it might look something like
what you see on the screen.
what you see on the screen.
142
369471
2673
zou het er misschien
als iets op het scherm uitzien.
als iets op het scherm uitzien.
06:24
Polymers are chains of atoms
arranged in long, thin lines.
arranged in long, thin lines.
143
372168
4492
Polymeren zijn ketens van atomen
in lange, dunne lijnen gerangschikt.
in lange, dunne lijnen gerangschikt.
06:28
The chains are very tiny,
144
376684
1367
Die ketens zijn erg klein,
06:30
about the width of a biomolecule,
145
378075
1864
de breedte van één biomolecuul,
en die polymeren
zitten echt dicht op elkaar.
zitten echt dicht op elkaar.
06:31
and these polymers are really dense.
146
379963
1747
06:33
They're separated by distances
147
381734
1500
Ze liggen op ongeveer de grootte
van een biomolecuul van elkaar.
van een biomolecuul van elkaar.
06:35
that are around the size of a biomolecule.
148
383258
2252
Dit komt goed uit.
06:37
This is very good
149
385534
1165
We kunnen daardoor bijna alles
06:38
because we could potentially
move everything apart in the brain.
move everything apart in the brain.
150
386723
3041
in de hersenen
uit elkaar kunnen halen.
uit elkaar kunnen halen.
06:41
If we add water, what will happen is,
151
389788
1848
Als we water toevoegen,
06:43
this swellable material
is going to absorb the water,
is going to absorb the water,
152
391660
2515
gaat dit zwelbaar materiaal water opnemen,
06:46
the polymer chains will move
apart from each other,
apart from each other,
153
394199
2400
de polymeerketens gaan uit elkaar
06:48
and the entire material
is going to become bigger.
is going to become bigger.
154
396623
2634
en het gehele materiaal zal uitzetten.
06:51
And because these chains are so tiny
155
399615
1814
Omdat deze ketens zo klein zijn
en op biomoleculaire afstanden
van elkaar liggen,
van elkaar liggen,
06:53
and spaced by biomolecular distances,
156
401453
2205
06:55
we could potentially blow up the brain
157
403682
2039
zouden we de hersenen kunnen opblazen
06:57
and make it big enough to see.
158
405745
1633
en groot genoeg maken om ze te bekijken.
07:00
Here's the mystery, then:
159
408020
1240
Hier is het vraagstuk:
07:01
How do we actually make
these polymer chains inside the brain
these polymer chains inside the brain
160
409284
3610
hoe kunnen we deze polymeerketens
in de hersenen aanmaken
in de hersenen aanmaken
07:04
so we can move all the biomolecules apart?
161
412918
2239
om de biomoleculen
uit elkaar te laten bewegen?
uit elkaar te laten bewegen?
07:07
If we could do that,
162
415181
1151
Als we dat zouden kunnen,
07:08
maybe we could get
ground truth maps of the brain.
ground truth maps of the brain.
163
416356
2397
kunnen we hersenkaarten maken.
07:10
We could look at the wiring.
164
418777
1389
We zouden de bedrading zien,
07:12
We can peer inside
and see the molecules within.
and see the molecules within.
165
420190
3157
naar binnen turen
en de moleculen bekijken.
en de moleculen bekijken.
07:15
To explain this, we made some animations
166
423925
2481
Met wat animaties leggen we dit uit.
07:18
where we actually look
at, in these artist renderings,
at, in these artist renderings,
167
426430
2603
We kijken aan de hand
van artistieke impressies
van artistieke impressies
07:21
what biomolecules might look
like and how we might separate them.
like and how we might separate them.
168
429057
3541
hoe de biomoleculen eruit zien
en hoe we ze kunnen scheiden.
en hoe we ze kunnen scheiden.
Stap één: wat we in de eerste plaats
zouden moeten doen,
zouden moeten doen,
07:24
Step one: what we'd have
to do, first of all,
to do, first of all,
169
432622
2549
07:27
is attach every biomolecule,
shown in brown here,
shown in brown here,
170
435195
3389
is aan elk biomolecuul,
hier getoond in het bruin,
hier getoond in het bruin,
07:30
to a little anchor, a little handle.
171
438608
2159
een klein anker, een hendeltje, hechten.
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
We moeten de moleculen
van de hersenen uit elkaar trekken.
van de hersenen uit elkaar trekken.
07:35
and to do that, we need
to have a little handle
to have a little handle
173
443910
2326
Daarvoor moeten we een handvat hebben
07:38
that allows those polymers to bind to them
174
446260
2285
waarmee die polymeren ze kunnen binden
07:40
and to exert their force.
175
448569
1542
en kracht uitoefenen.
Als je alleen maar polymeer zou nemen
en het op de hersenen zou gooien,
en het op de hersenen zou gooien,
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
zal het er natuurlijk
bovenop blijven liggen.
bovenop blijven liggen.
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
We moeten de polymeren
echt in de hersenen kunnen plaatsen.
echt in de hersenen kunnen plaatsen.
07:51
And this is where we're really lucky.
179
459076
1788
En daar hebben we echt geluk.
07:52
It turns out, you can
get the building blocks,
get the building blocks,
180
460888
2188
Ja kan de bouwstenen
of monomeren, zoals ze heten,
of monomeren, zoals ze heten,
07:55
monomers, as they're called,
181
463100
1372
07:56
and if you let them go into the brain
182
464496
1784
in de hersenen brengen
07:58
and then trigger the chemical reactions,
183
466304
2036
en de chemische reacties inleiden,
08:00
you can get them to form
those long chains,
those long chains,
184
468364
2702
waardoor ze die lange ketens gaan vormen
08:03
right there inside the brain tissue.
185
471090
1798
in het hersenweefsel.
08:05
They're going to wind their way
around biomolecules
around biomolecules
186
473325
2397
Ze winden zich rond de biomoleculen
en tussen de biomoleculen,
08:07
and between biomolecules,
187
475746
1221
08:08
forming those complex webs
188
476991
1625
vormen complexe webben
08:10
that will allow you, eventually,
to pull apart the molecules
to pull apart the molecules
189
478640
2862
waarmee je uiteindelijk
de moleculen uit elkaar kan trekken.
de moleculen uit elkaar kan trekken.
08:13
from each other.
190
481526
1175
Telkens als een van die
kleine handvatten in de buurt is,
kleine handvatten in de buurt is,
08:14
And every time one
of those little handles is around,
of those little handles is around,
191
482725
3054
zal het polymeer zich eraan binden
en dat is precies wat we nodig hebben
en dat is precies wat we nodig hebben
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
om de moleculen uit elkaar te trekken.
08:23
All right, the moment of truth.
194
491732
1693
Oké, het moment van de waarheid.
08:25
We have to treat this specimen
195
493449
2148
We moeten dit exemplaar
met een chemische stof behandelen
met een chemische stof behandelen
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
om de moleculen wat uit elkaar te halen.
08:31
and then, when we add water,
197
499091
1836
Als we dan water toevoegen,
08:32
that swellable material is going
to start absorbing the water,
to start absorbing the water,
198
500951
2953
gaat dat zwelbaar materiaal
het water absorberen,
het water absorberen,
08:35
the polymer chains will move apart,
199
503928
1703
de polymeerketens gaan uit elkaar,
08:37
but now, the biomolecules
will come along for the ride.
will come along for the ride.
200
505655
2722
maar nu gaan de biomoleculen meebewegen.
Net alsof je een tekening
maakt op een ballon
maakt op een ballon
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
en dan de ballon opblaast,
08:44
the image is the same,
203
512200
1290
blijft het beeld hetzelfde,
08:45
but the ink particles have moved
away from each other.
away from each other.
204
513514
2548
maar bewegen de inktdeeltjes uit elkaar.
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
Dat konden we nu doen,
maar in drie dimensies.
maar in drie dimensies.
08:51
There's one last trick.
206
519577
1999
Er is nog een laatste truc.
08:53
As you can see here,
207
521600
1218
Je kunt zien dat de biomoleculen
bruin zijn weergegeven.
bruin zijn weergegeven.
08:54
we've color-coded
all the biomolecules brown.
all the biomolecules brown.
208
522842
2109
Dat komt omdat ze er
allemaal hetzelfde uitzien.
allemaal hetzelfde uitzien.
08:56
That's because they all
kind of look the same.
kind of look the same.
209
524975
2170
08:59
Biomolecules are made
out of the same atoms,
out of the same atoms,
210
527169
2105
Biomoleculen zijn gemaakt
van dezelfde atomen,
van dezelfde atomen,
09:01
but just in different orders.
211
529298
2240
alleen wel anders verbonden.
09:03
So we need one last thing
212
531562
1500
Daarom nog een laatste ding
09:05
in order to make them visible.
213
533086
1695
om ze zichtbaar te maken.
09:06
We have to bring in little tags,
214
534805
1579
We brengen kleine markeringen aan
09:08
with glowing dyes
that will distinguish them.
that will distinguish them.
215
536408
3019
met oplichtende kleurstoffen
die hen onderscheiden.
die hen onderscheiden.
09:11
So one kind of biomolecule
might get a blue color.
might get a blue color.
216
539451
2673
Zo krijgt de ene soort biomolecuul
een blauwe kleur
een blauwe kleur
09:14
Another kind of biomolecule
might get a red color.
might get a red color.
217
542148
2351
en een andere soort een rode.
09:16
And so forth.
218
544523
1276
Enzovoorts.
09:17
And that's the final step.
219
545823
1552
Dat is de laatste stap.
09:19
Now we can look at something like a brain
220
547399
2278
Nu kunnen we
naar iets als een brein kijken
naar iets als een brein kijken
09:21
and look at the individual molecules,
221
549701
1796
en de individuele moleculen zien,
09:23
because we've moved them
far apart enough from each other
far apart enough from each other
222
551521
2707
omdat we ze ver genoeg
uit elkaar hebben gehaald
uit elkaar hebben gehaald
09:26
that we can tell them apart.
223
554252
1698
om ze te kunnen onderscheiden.
09:27
So the hope here is that
we can make the invisible visible.
we can make the invisible visible.
224
555974
2834
We hopen zo het onzichtbare
zichtbaar te maken.
zichtbaar te maken.
09:30
We can turn things that might seem
small and obscure
small and obscure
225
558832
2566
We kunnen dingen
die klein en obscuur lijken,
die klein en obscuur lijken,
09:33
and blow them up
226
561422
1151
opblazen tot constellaties
van informatie over het leven.
van informatie over het leven.
09:34
until they're like constellations
of information about life.
of information about life.
227
562597
3177
09:37
Here's an actual video
of what it might look like.
of what it might look like.
228
565798
2375
Deze video toont
hoe het eruit zou kunnen zien.
hoe het eruit zou kunnen zien.
09:40
We have here a little brain in a dish --
229
568197
2371
We hebben hier een beetje
hersenen in een schotel --
hersenen in een schotel --
09:42
a little piece of a brain, actually.
230
570592
1747
een klein stukje.
We hebben het polymeer erin gevormd
09:44
We've infused the polymer in,
231
572363
1596
09:45
and now we're adding water.
232
573983
1467
en voegen water toe.
09:47
What you'll see is that,
right before your eyes --
right before your eyes --
233
575474
2358
Je ziet dat --
09:49
this video is sped up about sixtyfold --
234
577856
1923
deze video is 60 maal versneld --
09:51
this little piece of brain tissue
is going to grow.
is going to grow.
235
579803
2725
dit kleine stukje hersenweefsel
is gaan groeien.
is gaan groeien.
09:54
It can increase by a hundredfold
or even more in volume.
or even more in volume.
236
582552
3180
Het volume kan meer
dan honderdmaal groter worden.
dan honderdmaal groter worden.
09:57
And the cool part is, because
those polymers are so tiny,
those polymers are so tiny,
237
585756
2949
Het leuke is dat deze
polymeren zo klein zijn,
polymeren zo klein zijn,
dat we de biomoleculen
gelijkmatig van elkaar scheiden.
gelijkmatig van elkaar scheiden.
10:00
we're separating biomolecules
evenly from each other.
evenly from each other.
238
588729
2559
Het is een gelijkmatige uitzetting.
10:03
It's a smooth expansion.
239
591312
1658
10:04
We're not losing the configuration
of the information.
of the information.
240
592994
2687
De configuratie van de informatie
gaat niet verloren.
gaat niet verloren.
10:07
We're just making it easier to see.
241
595705
2700
We maken ze gewoon makkelijker te zien.
10:11
So now we can take
actual brain circuitry --
actual brain circuitry --
242
599333
2176
Nu kunnen we hersenencircuits nemen --
10:13
here's a piece of the brain
involved with, for example, memory --
involved with, for example, memory --
243
601533
3134
hier zoomen we in op een stukje brein
dat zich bezig houdt met geheugen.
dat zich bezig houdt met geheugen.
10:16
and we can zoom in.
244
604691
1263
10:17
We can start to actually look at
how circuits are configured.
how circuits are configured.
245
605978
2890
We kunnen nu kijken
naar hoe circuits zijn geconfigureerd.
naar hoe circuits zijn geconfigureerd.
10:20
Maybe someday we could read out a memory.
246
608892
1968
Misschien kunnen we
ooit een herinnering uitlezen.
ooit een herinnering uitlezen.
10:22
Maybe we could actually look
at how circuits are configured
at how circuits are configured
247
610884
2779
Of kijken hoe circuits zijn geconfigureerd
10:25
to process emotions,
248
613687
1152
om emoties te verwerken,
10:26
how the actual wiring
of our brain is organized
of our brain is organized
249
614863
2922
hoe de werkelijke bedrading
van onze hersenen is georganiseerd
van onze hersenen is georganiseerd
10:29
in order to make us who we are.
250
617809
2567
om ons maken tot wie we zijn.
10:32
And of course, we can pinpoint, hopefully,
251
620400
2047
En hopelijk kunnen we
de werkelijke problemen in de hersenen
de werkelijke problemen in de hersenen
10:34
the actual problems in the brain
at a molecular level.
at a molecular level.
252
622471
3159
ooit lokaliseren op moleculair niveau.
10:37
What if we could actually
look into cells in the brain
look into cells in the brain
253
625654
2569
Wat als we in de cellen
van de hersenen konden kijken
van de hersenen konden kijken
10:40
and figure out, wow, here are the 17
molecules that have altered
molecules that have altered
254
628247
3083
en vaststellen dat er, wow,
17 moleculen zijn veranderd
17 moleculen zijn veranderd
10:43
in this brain tissue that has been
undergoing epilepsy
undergoing epilepsy
255
631354
3455
bij hersenweefsel van iemand met epilepsie
of met de ziekte van Parkinson
10:46
or changing in Parkinson's disease
256
634833
1650
of op enige andere wijze?
10:48
or otherwise being altered?
257
636507
1517
10:50
If we get that systematic list
of things that are going wrong,
of things that are going wrong,
258
638048
3043
Als we een systematische lijst
van fouten kunnen aanleggen,
van fouten kunnen aanleggen,
10:53
those become our therapeutic targets.
259
641115
2199
worden dat onze therapeutische doelen.
Nieuwe geneesmiddelen
kunnen zich eraan binden.
kunnen zich eraan binden.
10:55
We can build drugs that bind those.
260
643338
1677
10:57
We can maybe aim energy
at different parts of the brain
at different parts of the brain
261
645039
2627
Of energie richten
op delen van de hersenen
op delen van de hersenen
om mensen met Parkinson
of epilepsie te helpen,
of epilepsie te helpen,
10:59
in order to help people
with Parkinson's or epilepsy
with Parkinson's or epilepsy
262
647690
2687
of voor andere ziektes waar meer
dan een miljard mensen
dan een miljard mensen
11:02
or other conditions that affect
over a billion people
over a billion people
263
650401
2551
11:04
around the world.
264
652976
1213
over heel de wereld aan lijden.
11:07
Now, something interesting
has been happening.
has been happening.
265
655246
2206
Nu is er iets interessants gebeurd.
11:09
It turns out that throughout biomedicine,
266
657476
2705
Het blijkt dat er
in de gehele medische biologie
in de gehele medische biologie
11:12
there are other problems
that expansion might help with.
that expansion might help with.
267
660205
2666
nog andere problemen zijn
waar dat opzwellen kan helpen.
waar dat opzwellen kan helpen.
11:14
This is an actual biopsy
from a human breast cancer patient.
from a human breast cancer patient.
268
662895
3234
Dit is een biopsie
van een menselijke borstkankerpatiënt.
van een menselijke borstkankerpatiënt.
11:18
It turns out that if you look at cancers,
269
666505
2188
Kanker,
11:20
if you look at the immune system,
270
668717
1611
het immuunsysteem,
11:22
if you look at aging,
if you look at development --
if you look at development --
271
670352
2513
het verouderen, de ontwikkeling --
11:24
all these processes are involving
large-scale biological systems.
large-scale biological systems.
272
672889
4497
al deze processen hebben te maken
met grootschalige biologische systemen.
met grootschalige biologische systemen.
11:29
But of course, the problems begin
with those little nanoscale molecules,
with those little nanoscale molecules,
273
677410
4024
Maar de problemen beginnen natuurlijk
op nanoschaal, bij die kleine moleculen,
op nanoschaal, bij die kleine moleculen,
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
de machines die de cellen
en organen in het lichaam doen tikken.
en organen in het lichaam doen tikken.
11:37
So what we're trying
to do now is to figure out
to do now is to figure out
275
685351
2222
We zouden deze technologie
willen gebruiken
willen gebruiken
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
om de bouwstenen van het leven
in kaart te brengen
in kaart te brengen
voor een groot aantal ziekten.
11:43
in a wide variety of diseases.
277
691087
1745
11:44
Can we actually pinpoint
the molecular changes in a tumor
the molecular changes in a tumor
278
692856
2896
Als we de moleculaire veranderingen
in een tumor kennen,
in een tumor kennen,
11:47
so that we can actually
go after it in a smart way
go after it in a smart way
279
695776
2369
kunnen we hem wellicht
op een slimme manier aanpakken
op een slimme manier aanpakken
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
en geneesmiddelen leveren
die de juiste cellen vernietigen.
die de juiste cellen vernietigen.
11:54
You know, a lot of medicine
is very high risk.
is very high risk.
281
702137
2335
Je weet dat veel geneeskunde
een zeer hoog risico inhoudt.
een zeer hoog risico inhoudt.
11:56
Sometimes, it's even guesswork.
282
704496
1782
Soms is het zelfs giswerk.
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
Mijn hoop is dat we van een sprong
in het duister met een hoog risico,
in het duister met een hoog risico,
12:02
into something that's more reliable.
284
710525
1769
iets kunnen maken dat betrouwbaarder is.
12:04
If you think about the original moon shot,
285
712318
2055
De eerste echte sprong in het duister,
12:06
where they actually landed on the moon,
286
714397
1898
toen ze landden op de maan,
was gebaseerd op solide wetenschap.
12:08
it was based on solid science.
287
716319
1444
12:09
We understood gravity;
288
717787
1603
We begrepen de zwaartekracht,
12:11
we understood aerodynamics.
289
719414
1341
de aerodynamica.
We wisten hoe raketten te bouwen.
12:12
We knew how to build rockets.
290
720779
1395
12:14
The science risk was under control.
291
722198
2468
Het wetenschappelijk risico
was onder controle.
was onder controle.
12:16
It was still a great, great
feat of engineering.
feat of engineering.
292
724690
2753
Toch was het een geweldig
staaltje techniek.
staaltje techniek.
12:19
But in medicine, we don't
necessarily have all the laws.
necessarily have all the laws.
293
727467
2645
Maar in de geneeskunde
kennen we alle wetten niet.
kennen we alle wetten niet.
12:22
Do we have all the laws
that are analogous to gravity,
that are analogous to gravity,
294
730136
3109
Kennen we alle wetten
analoog aan de zwaartekracht
analoog aan de zwaartekracht
12:25
that are analogous to aerodynamics?
295
733269
2344
of aan de aerodynamica?
Met de technologieën
12:27
I would argue that with technologies
296
735637
1730
12:29
like the kinds I'm talking about today,
297
737391
1872
waarover ik het vandaag heb,
12:31
maybe we can actually derive those.
298
739287
1693
gaan we ze misschien vinden.
12:33
We can map the patterns
that occur in living systems,
that occur in living systems,
299
741004
2857
We kunnen de patronen
in levende systemen in kaart brengen
in levende systemen in kaart brengen
12:35
and figure out how to overcome
the diseases that plague us.
the diseases that plague us.
300
743885
4558
om de ziekten die ons teisteren
te kunnen overwinnen.
te kunnen overwinnen.
12:41
You know, my wife and I
have two young kids,
have two young kids,
301
749499
2079
Mijn vrouw en ik hebben twee kinderen
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
en ik hoop als bio-ingenieur
om hun leven beter te maken
om hun leven beter te maken
12:46
than it currently is for us.
303
754860
1729
dan het nu is voor ons.
12:48
And my hope is, if we can
turn biology and medicine
turn biology and medicine
304
756613
3730
Als we de biologie en de geneeskunde
kunnen veranderen
kunnen veranderen
12:52
from these high-risk endeavors
that are governed by chance and luck,
that are governed by chance and luck,
305
760367
4357
van hoog-risico ondernemingen
die worden geregeerd door toeval en geluk,
die worden geregeerd door toeval en geluk,
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
tot dingen die we kunnen winnen
door vaardigheid en hard werken,
door vaardigheid en hard werken,
13:00
then that would be a great advance.
307
768699
1898
dan zou dat een grote stap vooruit zijn.
13:02
Thank you very much.
308
770621
1206
Veel dank.
13:03
(Applause)
309
771851
10383
(Applaus)
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