ABOUT THE SPEAKER
Steve McCarroll - Geneticist
Steve McCarroll is conducting groundbreaking research on the causes of mental illness.

Why you should listen

Steve McCarroll and the scientists in his lab use human genetics, molecular biology and engineering to create new ways of studying the human brain, reveal the ways in which genomes vary from person to person and discover the molecular and cellular processes that underlie brain illness. McCarroll and his team at Harvard have linked schizophrenia to specific gene variations that recruit immune molecules into "pruning" synapses in the brain, a discovery that is leading toward new ways of thinking about the biological basis of schizophrenia and new approaches for discovering medicines.

Prior to leading his lab, McCarroll earned his PhD in neuroscience at the University of California, San Francisco. He is also currently serving as Director of Genetics for the Broad Institute's Stanley Center for Psychiatric Research.

More profile about the speaker
Steve McCarroll | Speaker | TED.com
TEDMED 2017

Steve McCarroll: How data is helping us unravel the mysteries of the brain

史蒂夫 · 麦卡鲁: 数据如何帮助我们揭开大脑的奥秘

Filmed:
1,529,178 views

遗传学家史蒂夫 · 麦卡鲁想要制作人体所有细胞的图谱,这样我们就能精确地了解特定基因(尤其在大脑中)是如何工作的。在这篇精彩的演讲中,他分享了自己团队的进展——包括他们发明的“液滴测序”技术,这种技术可以让科学家们以前所未有的规模分析单个细胞——并描述了这项研究如何能够找到治疗精神分裂症等精神疾病的新方法。
- Geneticist
Steve McCarroll is conducting groundbreaking research on the causes of mental illness. Full bio

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00:12
Nine years年份 ago,
0
785
1704
9年前,
00:14
my sister妹妹 discovered发现 lumps硬块
in her neck颈部 and arm
1
2513
3101
我妹妹在她的脖子和
手臂上发现了肿块,
00:17
and was diagnosed确诊 with cancer癌症.
2
5638
1760
随后她被诊断出患有癌症。
00:20
From that day, she started开始 to benefit效益
3
8985
3199
从那天起,她开始受益于
00:24
from the understanding理解
that science科学 has of cancer癌症.
4
12208
3115
关于癌症的科学理论。
00:28
Every一切 time she went to the doctor医生,
5
16206
2099
每次她去看医生,
00:30
they measured测量 specific具体 molecules分子
6
18329
2194
医生们会通过测量她体内的特定分子
00:32
that gave them information信息
about how she was doing
7
20547
2881
来获得她的生理状态信息,
00:35
and what to do next下一个.
8
23452
1309
并决定接下来应该做什么。
00:38
New medical options选项
became成为 available可得到 every一切 few少数 years年份.
9
26095
3666
每隔几年就会有新的医疗手段可供选择。
00:43
Everyone大家 recognized认可
that she was struggling奋斗的 heroically英勇
10
31070
4318
每个人都意识到她在英勇地
00:47
with a biological生物 illness疾病.
11
35412
1728
与一种生理疾病作斗争。
00:50
This spring弹簧, she received收到
an innovative创新 new medical treatment治疗
12
38847
3657
今年春天,她在一次临床试验中接受了
00:54
in a clinical临床 trial审讯.
13
42528
1202
一种新的疗法。
00:55
It dramatically显着 knocked被撞 back her cancer癌症.
14
43754
2224
该疗法显著地击退了她的癌症。
00:59
Guess猜测 who I'm going to spend
this Thanksgiving感恩 with?
15
47446
2552
猜猜我今年要跟谁一起过感恩节?
01:02
My vivacious活泼 sister妹妹,
16
50022
2267
我那活泼的妹妹,
01:04
who gets得到 more exercise行使 than I do,
17
52313
2629
她的运动量比我都多,
01:06
and who, like perhaps也许
many许多 people in this room房间,
18
54966
2859
而她,可能跟在座的很多人一样,
01:09
increasingly日益 talks会谈 about a lethal致命 illness疾病
19
57849
2292
会越来越多地谈论过去的
01:12
in the past过去 tense紧张.
20
60165
1263
那种致命疾病。
01:14
Science科学 can, in our lifetimes寿命 --
even in a decade --
21
62614
3863
科学可以在我们的有生之年——
甚至在十年之内——
01:18
transform转变 what it means手段
to have a specific具体 illness疾病.
22
66501
3207
改变患特定疾病的含义。
01:24
But not for all illnesses疾病.
23
72055
1534
但不是所有的疾病。
01:27
My friend朋友 Robert罗伯特 and I
were classmates同学 in graduate毕业 school学校.
24
75375
3722
我和罗伯特是研究生同学。
01:31
Robert罗伯特 was smart聪明,
25
79121
1801
罗伯特很聪明,
01:32
but with each passing通过 month,
26
80946
1477
但随着时间的流逝,
01:34
his thinking思维 seemed似乎 to become成为
more disorganized杂乱无章.
27
82447
3154
他的思考似乎变得杂乱无章。
01:38
He dropped下降 out of school学校,
got a job工作 in a store商店 ...
28
86241
3198
他退了学,在一家商店找了份工作。
01:41
But that, too, became成为 too complicated复杂.
29
89463
2218
但那里的环境也让他
觉得越来越难以应付。
01:44
Robert罗伯特 became成为 fearful可怕 and withdrawn取消.
30
92559
2945
罗伯特变得恐惧和孤僻。
01:48
A year and a half later后来,
he started开始 hearing听力 voices声音
31
96281
2381
一年半后,他开始听到声音,
01:50
and believing相信 that people
were following以下 him.
32
98686
2197
确信有人在尾随他。
01:52
Doctors医生 diagnosed确诊 him with schizophrenia精神分裂症,
33
100907
2722
医生诊断他患有精神分裂症,
01:55
and they gave him
the best最好 drug药物 they could.
34
103653
2120
给了他当时能提供的最好的药物。
01:57
That drug药物 makes品牌 the voices声音
somewhat有些 quieter安静,
35
105797
3008
这个药物让他脑中的声音变轻了,
02:00
but it didn't restore恢复 his bright mind心神
or his social社会 connectedness连通.
36
108829
3989
但并没有恢复他聪明的头脑或社会联系。
02:06
Robert罗伯特 struggled挣扎 to remain connected连接的
37
114270
1856
罗伯特很难与学校,工作和朋友的
02:08
to the worlds世界 of school学校
and work and friends朋友.
38
116150
2857
世界保持连接。
02:11
He drifted漂流 away,
39
119031
1383
他走失了,
02:12
and today今天 I don't know where to find him.
40
120438
2285
今天我都不知道去哪里找到他。
02:15
If he watches手表 this,
41
123593
1479
如果他看到这个演讲,
02:17
I hope希望 he'll地狱 find me.
42
125962
1628
我希望他会来找我。
02:22
Why does medicine医学 have
so much to offer提供 my sister妹妹,
43
130639
4107
为什么医学可以对我妹妹
有如此大的帮助,
02:27
and so much less to offer提供
millions百万 of people like Robert罗伯特?
44
135540
4210
但对像罗伯特那样的
数百万人却无能为力呢?
02:32
The need is there.
45
140952
1290
需求就在那里。
02:34
The World世界 Health健康 Organization组织
estimates估计 that brain illnesses疾病
46
142266
3153
世界卫生组织估计
像精神分裂症,双相情感障碍和
重度抑郁症之类的大脑疾病
02:37
like schizophrenia精神分裂症, bipolar双极 disorder紊乱
and major重大的 depression萧条
47
145443
4115
02:41
are the world's世界 largest最大 cause原因
of lost丢失 years年份 of life and work.
48
149582
4971
是世界上导致寿命折损和
工作能力丧失的最主要原因。
02:47
That's in part部分 because these illnesses疾病
often经常 strike罢工 early in life,
49
155807
3561
一定程度上是因为这些疾病
经常发生在生命早期,
02:51
in many许多 ways方法, in the prime主要 of life,
50
159392
2181
往往也是生命的黄金时期,
02:53
just as people are finishing精加工
their educations的教育, starting开始 careers职业生涯,
51
161597
4464
就在人们完成学业,开始职业发展,
02:58
forming成型 relationships关系 and families家庭.
52
166085
2279
形成稳定关系和家庭的时期。
03:00
These illnesses疾病 can result结果 in suicide自杀;
53
168388
2829
这些疾病会引发自杀;
03:03
they often经常 compromise妥协 one's那些 ability能力
to work at one's那些 full充分 potential潜在;
54
171907
4567
它们经常会导致人们无法
充分发挥自己的潜能;
03:09
and they're the cause原因 of so many许多
tragedies悲剧 harder更难 to measure测量:
55
177767
3455
它们也导致了很多难以估量的悲剧:
03:13
lost丢失 relationships关系 and connections连接,
56
181246
2438
失去人际关系,
03:15
missed错过 opportunities机会
to pursue追求 dreams and ideas思路.
57
183708
3039
错过追求梦想和实现理想的机会。
03:19
These illnesses疾病 limit限制 human人的 possibilities可能性
58
187533
3005
这些疾病限制了人类的可能性,
03:22
in ways方法 we simply只是 cannot不能 measure测量.
59
190562
2154
我们却无法衡量这种损失。
03:27
We live生活 in an era时代 in which哪一个
there's profound深刻 medical progress进展
60
195493
4016
我们生活的时代,在很多其他领域
已经实现了巨大的医疗进步。
03:31
on so many许多 other fronts战线.
61
199533
1811
03:33
My sister's姐妹 cancer癌症 story故事
is a great example,
62
201368
2547
我妹妹的故事
就是一个很好的例子,
03:35
and we could say the same相同
of heart disease疾病.
63
203939
2062
对于心脏病,我们同样可以做到。
像他汀类的药物可以预防
数百万例心脏病发作和中风。
03:38
Drugs毒品 like statins他汀类药物 will prevent避免
millions百万 of heart attacks攻击 and strokes.
64
206025
3585
03:43
When you look at these areas
of profound深刻 medical progress进展
65
211047
2945
当你留心观察我们生活中
这些有着深远的
03:46
in our lifetimes寿命,
66
214016
1464
医疗进步的领域,
03:47
they have a narrative叙述 in common共同:
67
215504
1674
它们都有一个共同的特点:
03:50
scientists科学家们 discovered发现 molecules分子
that matter to an illness疾病,
68
218067
4548
科学家发现了与疾病有关的分子,
03:54
they developed发达 ways方法 to detect检测
and measure测量 those molecules分子 in the body身体,
69
222639
4679
发明了检测和测量体内分子的方法,
04:00
and they developed发达 ways方法
to interfere干扰 with those molecules分子
70
228492
2778
并开发了用其他分子,也就是药物,
来干扰这些分子的方法。
04:03
using运用 other molecules分子 -- medicines药品.
71
231294
2048
04:05
It's a strategy战略 that has worked工作
again and again and again.
72
233921
4020
这是一种不断重复的策略。
04:11
But when it comes to the brain,
that strategy战略 has been limited有限,
73
239403
3642
但涉及到大脑时,
这个策略的作用受到了限制,
04:15
because today今天, we don't know
nearly几乎 enough足够, yet然而,
74
243069
4602
因为今天,我们对大脑如何工作的
04:19
about how the brain works作品.
75
247695
1852
了解还很有限。
04:22
We need to learn学习 which哪一个 of our cells细胞
matter to each illness疾病,
76
250526
4266
我们需要知道哪个细胞与疾病有关,
04:26
and which哪一个 molecules分子 in those cells细胞
matter to each illness疾病.
77
254816
3570
这些细胞中的哪些分子
对哪种疾病起到了关键作用。
04:31
And that's the mission任务
I want to tell you about today今天.
78
259058
2651
这就是我今天要向各位介绍的使命。
04:34
My lab实验室 develops发展 technologies技术
with which哪一个 we try to turn the brain
79
262781
3809
我的实验室开发了可以把大脑问题
04:38
into a big-data大数据 problem问题.
80
266614
1700
转变为大数据问题的技术。
04:40
You see, before I became成为 a biologist生物学家,
I worked工作 in computers电脑 and math数学,
81
268338
3536
在成为生物学家前,
我的工作围绕着电脑和数学,
04:43
and I learned学到了 this lesson:
82
271898
1324
从中我有了这样的收获:
04:46
wherever哪里 you can collect搜集 vast广大 amounts
of the right kinds of data数据
83
274365
4184
只要你能收集到关于某个系统功能的
04:50
about the functioning功能 of a system系统,
84
278573
2030
大量正确的数据,
04:53
you can use computers电脑 in powerful强大 new ways方法
85
281365
3618
你就可以在电脑上用强大的新方法
04:57
to make sense of that system系统
and learn学习 how it works作品.
86
285007
3225
搞清楚该系统及其工作原理。
05:00
Today今天, big-data大数据 approaches方法
are transforming转型
87
288256
2522
今天,大数据方法正在改变
05:02
ever-larger越来越大 sectors行业 of our economy经济,
88
290802
2483
我们经济中规模越来越大的部门,
05:05
and they could do the same相同
in biology生物学 and medicine医学, too.
89
293309
3286
它们也可以在生物和医学上有所作为。
05:08
But you have to have
the right kinds of data数据.
90
296619
2557
但你必须得有正确的数据。
05:11
You have to have data数据
about the right things.
91
299200
2259
你必须得到真正想要的数据。
05:13
And that often经常 requires要求
new technologies技术 and ideas思路.
92
301917
3865
而这通常依赖于新的技术和想法。
05:18
And that is the mission任务 that animates动画
the scientists科学家们 in my lab实验室.
93
306815
3494
这就是我实验室里的科学家们的使命。
05:23
Today今天, I want to tell you
two short stories故事 from our work.
94
311251
2974
今天,我想要告诉各位
我们工作中的两个小故事。
05:27
One fundamental基本的 obstacle障碍 we face面对
95
315427
3104
在试图把大脑转化为大数据问题时,
05:30
in trying to turn the brain
into a big-data大数据 problem问题
96
318555
2660
摆在我们面前的一个基本障碍是,
05:33
is that our brains大脑 are composed of
and built内置 from billions数十亿 of cells细胞.
97
321946
4538
我们的大脑由数十亿细胞组成。
05:39
And our cells细胞 are not generalists多面手;
they're specialists专家.
98
327246
3859
这些细胞不是多面手,它们是专家。
05:43
Like humans人类 at work,
99
331129
2089
就如人们在工作中一样,
05:45
they specialize专攻 into thousands数千
of different不同 cellular细胞的 careers职业生涯,
100
333242
5274
它们分别擅长于
成千上万不同的细胞职业,
05:50
or cell细胞 types类型.
101
338540
1367
或细胞类型。
05:52
In fact事实, each of
the cell细胞 types类型 in our body身体
102
340796
2571
事实上,我们可以围绕
身体的每个细胞类型
05:55
could probably大概 give a lively活泼 TEDTED Talk
103
343391
1878
在TED上做一场有关它们工作原理的
05:57
about what it does at work.
104
345293
1542
生动的演讲。
06:00
But as scientists科学家们,
we don't even know today今天
105
348422
2370
但作为科学家,我们今天甚至还不知道
总共有多少细胞类型,
06:02
how many许多 cell细胞 types类型 there are,
106
350816
1907
06:04
and we don't know what the titles标题
of most of those talks会谈 would be.
107
352747
3277
也不知道大部分演讲的标题是什么。
06:11
Now, we know many许多
important重要 things about cell细胞 types类型.
108
359809
2970
我们已经了解了关于细胞类型的
很多重要的信息。
它们的大小和形状有很大的差异。
06:14
They can differ不同 dramatically显着
in size尺寸 and shape形状.
109
362803
2751
06:17
One will respond响应 to a molecule分子
that the other doesn't respond响应 to,
110
365578
4135
有些会对某个分子
产生反应,另一些则不会,
06:21
they'll他们会 make different不同 molecules分子.
111
369737
1794
它们会制造不同的分子。
06:23
But science科学 has largely大部分
been reaching到达 these insights见解
112
371555
2521
但是科学在很大程度上
是以一种特别的方式
06:26
in an ad广告 hoc特别 way, one cell细胞 type类型 at a time,
113
374100
2943
来得到这些见解的,
一次一种细胞类型,
06:29
one molecule分子 at a time.
114
377067
1486
一次一种分子。
06:31
We wanted to make it possible可能 to learn学习
all of this quickly很快 and systematically系统.
115
379854
4731
我们希望能够快速、
系统地学习所有这些知识。
06:37
Now, until直到 recently最近, it was the case案件
116
385673
1748
一直以来,如果你想要
06:39
that if you wanted to inventory库存
all of the molecules分子
117
387445
3076
对大脑或任何器官的所有分子
06:42
in a part部分 of the brain or any organ器官,
118
390545
2925
进行编目,
06:45
you had to first grind研磨 it up
into a kind of cellular细胞的 smoothie冰沙.
119
393494
3954
你得先把这些细胞研磨成
奶昔一样的浆状。
06:50
But that's a problem问题.
120
398678
1230
但这就是问题了。
06:52
As soon不久 as you've ground地面 up the cells细胞,
121
400737
2538
一旦你已经把细胞磨碎了,
06:55
you can only study研究 the contents内容
of the average平均 cell细胞 --
122
403299
3511
你就只能在平均水平上研究细胞——
无法得到单个细胞的信息。
06:58
not the individual个人 cells细胞.
123
406834
1595
07:01
Imagine想像 if you were trying to understand理解
how a big city like New York纽约 works作品,
124
409182
3709
假设你想搞清楚像纽约
这样的大城市是如何运转的,
07:04
but you could only do so
by reviewing回顾 some statistics统计
125
412915
2542
但只能通过查看纽约居民的
07:07
about the average平均 resident居民 of New York纽约.
126
415481
2029
平均统计数据。
07:10
Of course课程, you wouldn't不会 learn学习 very much,
127
418637
1979
当然,这样一来你得到的
信息就很有限了,
07:12
because everything that's interesting有趣
and important重要 and exciting扣人心弦
128
420640
3000
因为有趣,重要,让人激动的一切
07:15
is in all the diversity多样
and the specializations.
129
423664
2732
都蕴藏在多样性和专门化中。
07:18
And the same相同 thing is true真正 of our cells细胞.
130
426420
2606
我们的细胞也同样如此。
07:21
And we wanted to make it possible可能 to study研究
the brain not as a cellular细胞的 smoothie冰沙
131
429050
4750
我想要让研究大脑不像研究奶昔那样,
07:25
but as a cellular细胞的 fruit水果 salad沙拉,
132
433824
2478
而像研究水果沙拉,
07:28
in which哪一个 one could generate生成
data数据 about and learn学习 from
133
436326
2604
这样就能从每一片水果中
07:30
each individual个人 piece of fruit水果.
134
438954
1838
得到数据进行学习。
07:34
So we developed发达
a technology技术 for doing that.
135
442253
2718
于是我们为此开发了一种技术。
07:36
You're about to see a movie电影 of it.
136
444995
1729
下面展示的就是关于它的影片。
07:41
Here we're packaging打包
tens of thousands数千 of individual个人 cells细胞,
137
449477
4028
我们打包了成千上万的单个细胞,
07:45
each into its own拥有 tiny water droplet水滴
138
453529
2923
每一个都拥有包裹自身的小水滴,
07:48
for its own拥有 molecular分子 analysis分析.
139
456476
2211
以用来做自身的分子分析。
07:51
When a cell细胞 lands土地 in a droplet水滴,
it's greeted欢迎 by a tiny bead珠子,
140
459921
4123
当一个细胞降落在一个小液滴上时,
就会接触到一个小珠子,
07:56
and that bead珠子 delivers提供 millions百万
of DNA脱氧核糖核酸 bar酒吧 code molecules分子.
141
464068
3694
而这个珠子能传递
数百万个DNA条码分子。
08:01
And each bead珠子 delivers提供
a different不同 bar酒吧 code sequence序列
142
469115
3308
每一个珠子都向不同的细胞
08:04
to a different不同 cell细胞.
143
472447
1243
传递不同的条形码序列。
08:06
We incorporate合并 the DNA脱氧核糖核酸 bar酒吧 codes代码
144
474884
2581
我们将DNA条码整合到
08:09
into each cell's细胞 RNARNA molecules分子.
145
477489
3058
每个细胞的RNA分子中。
08:12
Those are the molecular分子
transcripts成绩单 it's making制造
146
480571
2836
这些是它用来完成工作的
08:15
of the specific具体 genes基因
that it's using运用 to do its job工作.
147
483431
3103
特定基因的分子转录信息。
08:19
And then we sequence序列 billions数十亿
of these combined结合 molecules分子
148
487383
4207
然后我们对数十亿的
组合分子进行测序,
08:24
and use the sequences序列 to tell us
149
492532
2498
并利用这些序列来了解
08:27
which哪一个 cell细胞 and which哪一个 gene基因
150
495054
2602
每个分子分别来自于
08:29
every一切 molecule分子 came来了 from.
151
497680
1540
哪个细胞和哪个基因。
08:32
We call this approach途径 "Drop-seq下拉序列,"
because we use droplets液滴
152
500561
3292
我们称这种方法为“液滴测序”,
因为我们使用液滴
08:35
to separate分离 the cells细胞 for analysis分析,
153
503877
2575
分离细胞来做分析,
08:38
and we use DNA脱氧核糖核酸 sequences序列
to tag标签 and inventory库存
154
506476
3445
我们使用DNA序列来标记、编目
08:41
and keep track跟踪 of everything.
155
509945
1488
和追踪所有信息。
08:44
And now, whenever每当 we do an experiment实验,
156
512727
1976
每次做实验,
08:46
we analyze分析 tens of thousands数千
of individual个人 cells细胞.
157
514727
3243
我们都会分析数以万计的单细胞。
08:51
And today今天 in this area of science科学,
158
519018
2624
当今,在这个科学领域,
08:53
the challenge挑战 is increasingly日益
how to learn学习 as much as we can
159
521666
4931
我们面临的挑战是如何尽可能多,
08:58
as quickly很快 as we can
160
526621
1872
且尽可能快地从这些
09:00
from these vast广大 data数据 sets.
161
528517
1738
海量数据集中学习。
09:04
When we were developing发展 Drop-seq下拉序列,
people used to tell us,
162
532914
2770
当我们发明液滴测序时,人们告诉我们,
09:07
"Oh, this is going to make you guys
the go-to for every一切 major重大的 brain project项目."
163
535708
4804
“哦,这将使你们的工作成为
每个主要大脑项目的首选。”
09:13
That's not how we saw it.
164
541257
1544
我们不是这样看的。
09:14
Science科学 is best最好 when everyone大家
is generating发电 lots of exciting扣人心弦 data数据.
165
542825
4531
当每个人都产生大量令人兴奋的
数据时,科学就是最好的手段。
09:20
So we wrote a 25-page-页 instruction指令 book,
166
548197
3214
于是我们写了25页的指南,
任何科学家都可以借此从零开始
开发他们自己的液滴测序技术。
09:23
with which哪一个 any scientist科学家 could build建立
their own拥有 Drop-seq下拉序列 system系统 from scratch.
167
551435
4578
09:28
And that instruction指令 book has been
downloaded下载 from our lab实验室 website网站
168
556037
3697
这个指南过去两年在我们实验室网站的
09:31
50,000 times in the past过去 two years年份.
169
559758
2965
下载次数为5万次。
09:35
We wrote software软件
that any scientist科学家 could use
170
563598
3052
每个科学家还可以用我们编写的软件
09:38
to analyze分析 the data数据
from Drop-seq下拉序列 experiments实验,
171
566674
2898
来分析通过液滴测序得到的实验数据,
09:41
and that software软件 is also free自由,
172
569596
1715
而这个软件也是免费的,
09:43
and it's been downloaded下载 from our website网站
30,000 times in the past过去 two years年份.
173
571335
4388
过去两年在我们的网站被下载了3万次。
09:48
And hundreds数以百计 of labs实验室 have written书面 us
about discoveries发现 that they've他们已经 made制作
174
576328
4979
数百家实验室给我们写信,
介绍了他们使用这种方法
09:53
using运用 this approach途径.
175
581331
1443
得到的发现。
09:54
Today今天, this technology技术 is being存在 used
to make a human人的 cell细胞 atlas舆图.
176
582798
3560
今天,这项技术已经被用来
制作人类细胞图谱。
09:58
It will be an atlas舆图 of all
of the cell细胞 types类型 in the human人的 body身体
177
586382
3354
它是人体所有细胞类型,
以及每个用来完成
10:01
and the specific具体 genes基因
that each cell细胞 type类型 uses使用 to do its job工作.
178
589760
3680
其工作的细胞类型的
特定基因的图谱。
10:08
Now I want to tell you about
a second第二 challenge挑战 that we face面对
179
596133
2876
现在我想谈一下把大脑问题
10:11
in trying to turn the brain
into a big data数据 problem问题.
180
599033
2448
转变为大数据问题所面临第二个挑战。
10:13
And that challenge挑战 is that
we'd星期三 like to learn学习 from the brains大脑
181
601505
3279
那就是,我们需要研究
10:16
of hundreds数以百计 of thousands数千 of living活的 people.
182
604808
2444
成千上万活人的大脑。
10:19
But our brains大脑 are not physically物理
accessible无障碍 while we're living活的.
183
607998
3704
但是我们还没有办法接触活体大脑。
10:24
But how can we discover发现 molecular分子 factors因素
if we can't hold保持 the molecules分子?
184
612895
3960
如果我们不能控制分子,
要如何发现分子因子呢?
10:30
An answer回答 comes from the fact事实 that
the most informative信息 molecules分子, proteins蛋白质,
185
618352
4548
答案来自于信息最丰富的分子,蛋白质,
10:34
are encoded编码 in our DNA脱氧核糖核酸,
186
622924
1782
它们编码在我们的DNA中,
10:36
which哪一个 has the recipes食谱 our cells细胞 follow跟随
to make all of our proteins蛋白质.
187
624730
4530
DNA携带了我们的细胞所遵循的食谱,
用来制造我们所有的蛋白质。
10:41
And these recipes食谱 vary变化
from person to person to person
188
629999
4946
这些食谱的内容因人而异,
10:46
in ways方法 that cause原因 the proteins蛋白质
to vary变化 from person to person
189
634969
3342
所制造的蛋白质会根据不同人的
10:50
in their precise精确 sequence序列
190
638335
1787
精确序列而变化,
10:52
and in how much each cell细胞 type类型
makes品牌 of each protein蛋白.
191
640146
3151
而且每个细胞类型对每种
蛋白质的影响程度不同。
10:56
It's all encoded编码 in our DNA脱氧核糖核酸,
and it's all genetics遗传学,
192
644441
3393
这些信息全都编码在我们的
DNA中,都是可遗传的,
10:59
but it's not the genetics遗传学
that we learned学到了 about in school学校.
193
647858
2817
但这不是我们在学校学到的遗传。
11:03
Do you remember记得 big B, little b?
194
651572
1983
你还记得大B,小b吗?
11:06
If you inherit继承 big B, you get brown棕色 eyes眼睛?
195
654260
2400
如果继承了大B,你就有棕色的眼睛?
11:09
It's simple简单.
196
657085
1223
原理很简单。
11:11
Very few少数 traits性状 are that simple简单.
197
659451
3173
很少有这样简单的特征。
11:15
Even eye color颜色 is shaped成形 by much more
than a single pigment颜料 molecule分子.
198
663232
4725
即便塑造眼睛颜色的因素也要
比单一色素分子多很多。
11:20
And something as complex复杂
as the function功能 of our brains大脑
199
668861
4250
像我们大脑功能那样复杂的东西
是由上千个基因的相互作用塑造的。
11:25
is shaped成形 by the interaction相互作用
of thousands数千 of genes基因.
200
673135
3247
11:28
And each of these genes基因
varies变化 meaningfully有意义
201
676406
2340
每一个基因在人与人之间
11:30
from person to person to person,
202
678770
1838
都有显著的差异,
11:32
and each of us is a unique独特
combination组合 of that variation变异.
203
680632
3517
我们每个人都是这种变异的独特组合。
11:37
It's a big data数据 opportunity机会.
204
685419
2216
这是大数据的机会。
11:40
And today今天, it's increasingly日益
possible可能 to make progress进展
205
688214
3176
今天,我们越来越有可能
11:43
on a scale规模 that was never possible可能 before.
206
691414
2796
在史无前例的规模上取得进展。
11:46
People are contributing贡献 to genetic遗传 studies学习
207
694234
2405
参与遗传研究的人数
11:48
in record记录 numbers数字,
208
696663
1594
创下了记录,
11:51
and scientists科学家们 around the world世界
are sharing分享 the data数据 with one another另一个
209
699085
4087
全球各地的科学家彼此分享数据
11:55
to speed速度 progress进展.
210
703196
1571
以加速取得进展。
11:57
I want to tell you a short story故事
about a discovery发现 we recently最近 made制作
211
705514
3239
我想通过一个简短的故事
介绍一下我们最近
12:00
about the genetics遗传学 of schizophrenia精神分裂症.
212
708777
1894
在精神分裂遗传学方面的发现。
12:03
It was made制作 possible可能
by 50,000 people from 30 countries国家,
213
711506
4596
该发现包含了来自30多个
国家的5万人贡献的DNA,
12:08
who contributed贡献 their DNA脱氧核糖核酸
to genetic遗传 research研究 on schizophrenia精神分裂症.
214
716126
4700
用来进行精神分裂的遗传研究。
12:14
It had been known已知 for several一些 years年份
215
722406
2096
很多年前我们就知道,
12:16
that the human人的 genome's基因组的 largest最大 influence影响
on risk风险 of schizophrenia精神分裂症
216
724526
4111
人类基因组对患上
精神分裂症风险的最大影响
12:20
comes from a part部分 of the genome基因组
217
728661
1802
来自我们的部分基因组,
12:22
that encodes编码 many许多 of the molecules分子
in our immune免疫的 system系统.
218
730487
3344
这些基因组编码了我们
免疫系统中的很多分子。
12:25
But it wasn't clear明确 which哪一个 gene基因
was responsible主管.
219
733855
3034
但目前还不清楚哪个基因起了作用。
12:29
A scientist科学家 in my lab实验室 developed发达
a new way to analyze分析 DNA脱氧核糖核酸 with computers电脑,
220
737746
4040
我实验室的科学家开发了一个
使用电脑分析DNA的新方法,
12:33
and he discovered发现 something
very surprising奇怪.
221
741810
3095
他发现了一些让人惊讶的事情。
12:36
He found发现 that a gene基因 called
"complement补充 component零件 4" --
222
744929
3251
他发现了一个被称为
补体成分4的基因——
12:40
it's called "C4" for short --
223
748204
1799
简称为C4——
12:43
comes in dozens许多 of different不同 forms形式
in different不同 people's人们 genomes基因组,
224
751036
3889
在不同人的基因组中
有几十种不同的形式,
12:46
and these different不同 forms形式
make different不同 amounts
225
754949
3197
这些不同的形式会产出我们大脑中
12:50
of C4 protein蛋白 in our brains大脑.
226
758170
2242
不同数量的C4蛋白质。
12:52
And he found发现 that the more
C4 protein蛋白 our genes基因 make,
227
760957
3985
他发现我们的基因
产生的C4蛋白质越多,
12:56
the greater更大 our risk风险 for schizophrenia精神分裂症.
228
764966
2112
患精神分裂的风险就越高。
12:59
Now, C4 is still just one risk风险 factor因子
in a complex复杂 system系统.
229
767919
4907
目前,C4只是一个
复杂系统中的风险因素之一。
13:04
This isn't big B,
230
772850
1989
这不是大B,
13:06
but it's an insight眼光 about
a molecule分子 that matters事项.
231
774863
3557
但这是一个对重要分子的洞察。
13:11
Complement补充 proteins蛋白质 like C4
were known已知 for a long time
232
779492
3637
像C4那样的补体分子因它们
在免疫系统中的角色
13:15
for their roles角色 in the immune免疫的 system系统,
233
783153
1953
很早就被人了解,
13:17
where they act法案 as a kind of
molecular分子 Post-it发表它 note注意
234
785130
2778
它们扮演着类似便利贴的角色,
13:19
that says, "Eat me."
235
787932
1580
写着,“吃我”。
13:22
And that Post-it发表它 note注意
gets得到 put on lots of debris废墟
236
790475
2667
这些便利贴被放在我们身体的
13:25
and dead cells细胞 in our bodies身体
237
793166
2357
很多废弃物和死细胞上,
13:27
and invites邀请 immune免疫的 cells细胞
to eliminate消除 them.
238
795547
2490
邀请免疫细胞去清除它们。
13:30
But two colleagues同事 of mine found发现
that the C4 Post-it发表它 note注意
239
798779
3539
但我们的两个同事发现C4便利贴
13:35
also gets得到 put on synapses突触 in the brain
240
803183
3298
也被贴到了大脑的突触上面,
13:38
and prompts提示 their elimination消除.
241
806505
1864
促进了这些突触连接消失。
13:41
Now, the creation创建 and elimination消除
of synapses突触 is a normal正常 part部分
242
809154
3266
突触的创造和消除是
人类发展和学习的
13:44
of human人的 development发展 and learning学习.
243
812444
1854
正常部分。
13:46
Our brains大脑 create创建 and eliminate消除
synapses突触 all the time.
244
814322
2921
我们的大脑一直在创造和消除突触。
13:49
But our genetic遗传 results结果 suggest建议
that in schizophrenia精神分裂症,
245
817921
2960
但我们的遗传研究结果表明,
在精神分裂过程中,
13:52
the elimination消除 process处理
may可能 go into overdrive疲劳过度.
246
820905
3233
这个清除可能在超速运行。
13:57
Scientists科学家们 at many许多 drug药物 companies公司 tell me
they're excited兴奋 about this discovery发现,
247
825185
3929
很多医药公司的科学家告诉我,
他们对这个发现感到非常兴奋,
14:01
because they've他们已经 been working加工
on complement补充 proteins蛋白质 for years年份
248
829138
3239
因为他们在免疫系统的
补体分子上已经
14:04
in the immune免疫的 system系统,
249
832401
1540
花费了数年功夫,
14:05
and they've他们已经 learned学到了 a lot
about how they work.
250
833965
2206
对这些分子的工作原理
也有了更深入的了解。
14:08
They've他们已经 even developed发达 molecules分子
that interfere干扰 with complement补充 proteins蛋白质,
251
836885
3894
他们甚至开发了分子来干预补体分子,
14:12
and they're starting开始 to test测试 them
in the brain as well as the immune免疫的 system系统.
252
840803
3607
并在大脑和免疫系统中进行测试。
14:17
It's potentially可能 a path路径 toward a drug药物
that might威力 address地址 a root cause原因
253
845124
4721
这可能是一种去除根本病因的药物,
14:21
rather than an individual个人 symptom症状,
254
849869
2649
而不只针对单个症状,
14:24
and we hope希望 very much that this work
by many许多 scientists科学家们 over many许多 years年份
255
852542
4048
我们非常希望许多科学家
多年来所做的工作
14:28
will be successful成功.
256
856614
1152
能够成功。
14:31
But C4 is just one example
257
859689
3014
但C4只是数据驱动的
科学方法的一个例子,
14:34
of the potential潜在 for data-driven数据驱动
scientific科学 approaches方法
258
862727
3112
有可能在存在了几个世纪的
14:37
to open打开 new fronts战线 on medical problems问题
that are centuries百年 old.
259
865863
3903
医疗问题上开辟新的战线。
14:42
There are hundreds数以百计 of places地方
in our genomes基因组
260
870144
2745
在我们的基因组中有数百个地方
14:44
that shape形状 risk风险 for brain illnesses疾病,
261
872913
2585
存在影响大脑疾病的风险,
14:47
and any one of them could lead us
to the next下一个 molecular分子 insight眼光
262
875522
4066
它们中的任何一个都能带给我们
14:51
about a molecule分子 that matters事项.
263
879612
2020
关于下一个重要分子的洞见。
14:53
And there are hundreds数以百计 of cell细胞 types类型 that
use these genes基因 in different不同 combinations组合.
264
881656
3987
有数百种细胞类型在不同的
组合中使用这些基因。
14:57
As we and other scientists科学家们
work to generate生成
265
885667
2069
我和其他科学家合作生成了
14:59
the rest休息 of the data数据 that's needed需要
266
887760
2069
能够让我们获得所有信息的
15:01
and to learn学习 all that we can
from that data数据,
267
889853
2393
余下的部分数据,
15:04
we hope希望 to open打开 many许多 more new fronts战线.
268
892270
2403
我们希望开辟更多的新战线。
15:08
Genetics遗传学 and single-cell单细胞 analysis分析
are just two ways方法
269
896483
5079
遗传和单细胞分析只是试图将大脑
15:13
of trying to turn the brain
into a big data数据 problem问题.
270
901586
3767
转化为大数据问题的两种方式。
15:18
There is so much more we can do.
271
906424
2159
我们能做的事情太多了。
15:21
Scientists科学家们 in my lab实验室
are creating创建 a technology技术
272
909235
3074
我实验室的科学家正在开发一种技术
15:24
for quickly很快 mapping制图 the synaptic突触
connections连接 in the brain
273
912333
3196
来快速绘制大脑中的突触连接,
15:27
to tell which哪一个 neurons神经元 are talking
to which哪一个 other neurons神经元
274
915553
2938
以辨别哪些神经元在
与其他神经元交流,
15:30
and how that conversation会话 changes变化
throughout始终 life and during illness疾病.
275
918515
3996
以及这些交流在衰老和
疾病中是如何变化的。
15:35
And we're developing发展 a way
to test测试 in a single tube
276
923467
4520
我们正在开发一种方法,
在单管道中测试
15:40
how cells细胞 with hundreds数以百计
of different不同 people's人们 genomes基因组
277
928011
2718
包含上百种人类基因的细胞
如何对同样的刺激做出不同的反应。
15:42
respond响应 differently不同 to the same相同 stimulus刺激物.
278
930753
2170
15:46
These projects项目 bring带来 together一起
people with diverse多种 backgrounds背景
279
934248
4903
这些项目将拥有不同背景,
15:51
and training训练 and interests利益 --
280
939175
2493
不同教育和兴趣——
15:53
biology生物学, computers电脑, chemistry化学,
math数学, statistics统计, engineering工程.
281
941692
5877
如生物、计算机、化学、数学、
统计学、工程学的人吸引到一起。
16:00
But the scientific科学 possibilities可能性
rally团结 people with diverse多种 interests利益
282
948205
4232
科学的可能性让
兴趣各异的人聚集到一起,
16:04
into working加工 intensely激烈 together一起.
283
952461
2235
共同努力工作。
16:08
What's the future未来
that we could hope希望 to create创建?
284
956871
2551
我们期待的未来是什么样呢?
16:12
Consider考虑 cancer癌症.
285
960267
1350
想想癌症。
16:14
We've我们已经 moved移动 from an era时代 of ignorance无知
about what causes原因 cancer癌症,
286
962193
3922
我们已经走出对癌症致因
一无所知的时代,
16:18
in which哪一个 cancer癌症 was commonly常用 ascribed冲高
to personal个人 psychological心理 characteristics特点,
287
966139
6988
那时癌症常被归因于
个人的心理特征,
16:26
to a modern现代 molecular分子 understanding理解
of the true真正 biological生物 causes原因 of cancer癌症.
288
974238
5395
而今天,对引发癌症真正的生物学原因,
我们已经有了现代分子层面的认识。
16:32
That understanding理解 today今天
leads引线 to innovative创新 medicine医学
289
980100
3074
这种认识引领了
16:35
after innovative创新 medicine医学,
290
983198
1696
不断创新的医学,
16:36
and although虽然 there's still
so much work to do,
291
984918
2839
尽管仍然有很多的工作要做,
16:39
we're already已经 surrounded包围 by people
who have been cured治愈 of cancers癌症
292
987781
3394
我们周围已经有很多人的癌症被治愈了,
16:43
that were considered考虑 untreatable不可治愈
a generation ago.
293
991199
3269
而在一代人以前,这些癌症还
被认为是无药可治的。
16:48
And millions百万 of cancer癌症 survivors幸存者
like my sister妹妹
294
996254
3376
数百万像我妹妹那样的癌症幸存者
16:51
find themselves他们自己 with years年份 of life
that they didn't take for granted理所当然
295
999654
4401
发现自己拥有了意外得到的
16:56
and new opportunities机会
296
1004079
1769
若干年生命,以及工作,快乐
16:57
for work and joy喜悦 and human人的 connection连接.
297
1005872
3930
和建立人际关系的新机遇。
17:03
That is the future未来 that we are determined决心
to create创建 around mental心理 illness疾病 --
298
1011358
4378
这就是我们决心围绕精神疾病
去创造的未来——
17:08
one of real真实 understanding理解 and empathy同情
299
1016581
4119
一个充满着真正的理解、共情
17:12
and limitless无限 possibility可能性.
300
1020724
1816
和无限可能的未来。
17:15
Thank you.
301
1023159
1190
谢谢。
17:16
(Applause掌声)
302
1024374
4062
(鼓掌)
Translated by jacks peng

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ABOUT THE SPEAKER
Steve McCarroll - Geneticist
Steve McCarroll is conducting groundbreaking research on the causes of mental illness.

Why you should listen

Steve McCarroll and the scientists in his lab use human genetics, molecular biology and engineering to create new ways of studying the human brain, reveal the ways in which genomes vary from person to person and discover the molecular and cellular processes that underlie brain illness. McCarroll and his team at Harvard have linked schizophrenia to specific gene variations that recruit immune molecules into "pruning" synapses in the brain, a discovery that is leading toward new ways of thinking about the biological basis of schizophrenia and new approaches for discovering medicines.

Prior to leading his lab, McCarroll earned his PhD in neuroscience at the University of California, San Francisco. He is also currently serving as Director of Genetics for the Broad Institute's Stanley Center for Psychiatric Research.

More profile about the speaker
Steve McCarroll | Speaker | TED.com

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