ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Ed Boyden | Speaker | TED.com
TEDSummit

Ed Boyden: A new way to study the brain's invisible secrets

Ед Бойдън: Бебешките пелени вдъхновиха този нов начин за изучаване на мозъка

Filmed:
1,501,957 views

Невроинженерът Ед Бойдън иска да узнае как миниатюрните биомолекули в мозъците ни създават емоции, мисли и чувства -- и иска да открие молекулните промени, които водят до увреждания като епилепсия или Алцхаймер. Вместо да увеличава тези невидими структури под микроскоп, той се замислил: Какво би станало, ако ги уголемим физически и ги направим по-лесни за виждане? Научете как полимерите, които карат бебешките пелени да набъбват, биха могли да бъдат ключът към по-доброто разбиране на мозъците ни.
- 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

Double-click the English transcript below to play the video.

00:12
HelloЗдравейте, everybodyвсички.
0
904
1405
Здравейте, всички.
00:14
I broughtдонесе with me todayднес a babyбебе diaperпелена.
1
2333
2643
Днес съм донесъл бебешка пелена.
00:18
You'llВие ще see why in a secondвтори.
2
6793
1722
След секунда ще видите защо.
00:20
BabyБебе diapersпелени have interestingинтересен propertiesсвойства.
3
8539
2010
Бебешките пелени имат интересни свойства.
00:22
They can swellнадуе enormouslyбезкрайно
when you addдобави waterвода to them,
4
10573
2691
Могат да набъбнат невероятно,
когато им сложите вода,
00:25
an experimentексперимент doneСвършен
by millionsмилиони of kidsдеца everyвсеки day.
5
13288
2984
експеримент, провеждан
от милиони деца всеки ден.
00:28
(LaughterСмях)
6
16296
1150
(Смях)
00:29
But the reasonпричина why
7
17470
1494
Но причината за това е,
00:30
is that they're designedпроектиран
in a very cleverумен way.
8
18988
2190
че те са проектирани по много умен начин.
00:33
They're madeизработен out of a thing
calledНаречен a swellableswellable materialматериал.
9
21202
2635
Направени са от нещо,
наречено набъбващ материал.
00:35
It's a specialспециален kindмил of materialматериал that,
when you addдобави waterвода,
10
23861
2737
Това е специален материал, който,
ако му добавите вода,
00:38
it will swellнадуе up enormouslyбезкрайно,
11
26622
1430
ще набъбне невероятно много,
00:40
maybe a thousandхиляда timesпъти in volumeсила на звука.
12
28076
2166
може би хиляда пъти първоначалния обем.
00:42
And this is a very usefulполезен,
industrialиндустриален kindмил of polymerполимер.
13
30266
3236
И това е много полезен
индустриален вид полимер.
00:45
But what we're tryingопитвайки to do
in my groupгрупа at MITMIT
14
33819
2526
Това, което се опитваме да сторим
в групата ми в МИТ,
00:48
is to figureфигура out if we can do
something similarподобен to the brainмозък.
15
36369
3213
е да открием дали можем да
направим нещо подобно с мозъка.
00:51
Can we make it biggerпо-голям,
16
39606
1159
Можем ли да го уголемим,
00:52
bigголям enoughдостатъчно that you
can peerнадничам insideвътре
17
40789
1678
така че да погледнем вътре
00:54
and see all the tinyмъничък buildingсграда blocksблокове,
the biomoleculesбиомолекули,
18
42481
2628
и да видим малките тухлички,
биомолекулите,
00:57
how they're organizedорганизиран in threeтри dimensionsразмери,
19
45133
2151
как са организирани в три измерения,
00:59
the structureструктура, the groundприземен truthистина
structureструктура of the brainмозък, if you will?
20
47308
3485
каква е структурата,
основната истина на мозъка, един вид?
01:02
If we could get that,
21
50817
1158
Ако можехме,
01:03
maybe we could have a better understandingразбиране
of how the brainмозък is organizedорганизиран
22
51999
3509
бихме имали по-добро разбиране за това
как е организиран мозъкът,
01:07
to yieldдобив thoughtsмисли and emotionsемоции
23
55532
1659
за да произведе мисли и емоции
01:09
and actionsмерки and sensationsусещания.
24
57215
1719
и действия и усещания.
01:10
Maybe we could try to pinpointизтъквам
the exactточен changesпромени in the brainмозък
25
58958
3415
Може би бихме могли да се опитаме
да посочим точните промени в мозъка,
01:14
that resultрезултат in diseasesзаболявания,
26
62397
1776
които водят до болести,
01:16
diseasesзаболявания like Alzheimer'sБолестта на Алцхаймер
and epilepsyепилепсия and Parkinson'sПаркинсон,
27
64197
3212
болести като Алцхаймер
и епилепсия и Паркинсон,
01:19
for whichкойто there are fewмалцина
treatmentsлечения, much lessпо-малко curesлекове,
28
67433
2578
за които има много малко терапии,
още по-малко лечения,
01:22
and for whichкойто, very oftenчесто,
we don't know the causeкауза or the originsпроизход
29
70035
3617
и за които, много често,
не знаем причината или произхода
01:25
and what's really causingпричинявайки them to occurвъзникне.
30
73676
2135
и какво наистина ги причинява.
01:28
Now, our groupгрупа at MITMIT
31
76613
1740
Групата ни в МИТ
01:30
is tryingопитвайки to take
a differentразличен pointточка of viewизглед
32
78377
2686
се опитва да възприеме
различна гледна точка
01:33
from the way neuroscienceневрология has
been doneСвършен over the last hundredсто yearsгодини.
33
81087
3230
от стандартната неврология от
последните сто години.
01:36
We're designersдизайнери. We're inventorsизобретатели.
34
84341
1579
Ние сме дизайнери. Изобретатели.
01:37
We're tryingопитвайки to figureфигура out
how to buildпострои technologiesтехнологии
35
85944
2544
Опитваме се да разберем как
да създадем технологии,
01:40
that let us look at and repairремонт the brainмозък.
36
88512
2456
които ни позволяват да виждаме
и поправяме мозъка.
01:42
And the reasonпричина is,
37
90992
1151
И причината е,
01:44
the brainмозък is incrediblyневероятно,
incrediblyневероятно complicatedсложен.
38
92167
2801
че мозъкът е невероятно,
невероятно сложен.
01:47
So what we'veние имаме learnedнаучен
over the first centuryвек of neuroscienceневрология
39
95484
2887
През първото столетие на
неврологията научихме,
01:50
is that the brainмозък is a very
complicatedсложен networkмрежа,
40
98395
2303
че мозъкът е много сложна мрежа
01:52
madeизработен out of very specializedспециализиран
cellsклетки calledНаречен neuronsневрони
41
100722
2480
изградена от специализирани клетки,
наречени неврони,
01:55
with very complexкомплекс geometriesгеометрии,
42
103226
1667
с много комплексна геометрия,
01:56
and electricalелектрически currentsтокове will flowпоток
throughпрез these complexlyкомплексно shapedформа neuronsневрони.
43
104917
4237
и че електрически потоци протичат
между тези комплексно оформени неврони.
02:01
FurthermoreОсвен това, neuronsневрони
are connectedсвързан in networksмрежи.
44
109653
2784
Освен това невроните са свързани в мрежи.
02:04
They're connectedсвързан by little junctionsкръстовища
calledНаречен synapsesсинапси that exchangeобмен chemicalsхимикали
45
112461
3835
Те са свързани от малки възли,
наречени синапси, които обменят химикали
02:08
and allowпозволява the neuronsневрони
to talk to eachвсеки other.
46
116320
2218
и позволяват на невроните
да разговарят.
02:10
The densityплътност of the brainмозък is incredibleневероятен.
47
118562
1940
Плътността на мозъка е невероятна.
02:12
In a cubicКубичен millimeterмилиметър of your brainмозък,
48
120526
2307
В един кубичен милиметър мозък
02:14
there are about 100,000 of these neuronsневрони
49
122857
2457
има около 100 000 неврона
02:17
and maybe a billionмилиард of those connectionsвръзки.
50
125338
2517
и може би един милиард връзки.
02:20
But it's worseпо-лошо.
51
128887
1382
Но става и по-лошо.
02:22
So, if you could zoomмащабиране in to a neuronневрон,
52
130293
2305
Ако можехте да се фокусирате
върху един неврон,
02:24
and, of courseкурс, this is just
our artist'sхудожник renditionпредаване of it.
53
132622
2750
и, разбира се, това е
интерпретацията на художника ни.
02:27
What you would see are thousandsхиляди
and thousandsхиляди of kindsвидове of biomoleculesбиомолекули,
54
135396
4207
Бихте видели хиляди и хиляди
видове биомолекули,
02:31
little nanoscaleнаномащаб machinesмашини
organizedорганизиран in complexкомплекс, 3D patternsмодели,
55
139627
4400
малки наноскопични машини,
подредени в сложни, триизмерни модели,
02:36
and togetherзаедно they mediateпосредничи
those electricalелектрически pulsesимпулси,
56
144051
2628
и заедно те посредничат за
електрическите импулси,
02:38
those chemicalхимически exchangesборси
that allowпозволява neuronsневрони to work togetherзаедно
57
146703
3937
за химичните обмени, които
позволяват на невроните да работят заедно
02:42
to generateгенериране things like thoughtsмисли
and feelingsчувствата and so forthнапред.
58
150664
3669
и да създават неща като мисли
и чувства и прочие.
02:46
Now, we don't know how
the neuronsневрони in the brainмозък are organizedорганизиран
59
154357
3764
Не знаем как
невроните в мозъка са организирани,
02:50
to formформа networksмрежи,
60
158145
1174
за да се създадат мрежи,
02:51
and we don't know how
the biomoleculesбиомолекули are organizedорганизиран
61
159343
2500
и не знаем как
биомолекулите са организирани
02:53
withinв рамките на neuronsневрони
62
161867
1174
в невроните,
02:55
to formформа these complexкомплекс, organizedорганизиран machinesмашини.
63
163065
2405
за да се създадат тези
сложни организирани машини.
02:57
If we really want to understandразбирам this,
64
165918
1820
Ако наистина искаме да го разберем,
02:59
we're going to need newнов technologiesтехнологии.
65
167762
1817
ще ни трябват нови технологии.
03:01
But if we could get suchтакъв mapsкарти,
66
169603
1784
Ако се сдобием с такива карти,
03:03
if we could look at the organizationорганизация
of moleculesмолекули and neuronsневрони
67
171411
2943
ако можем да погледнем организацията
на молекулите и невроните
03:06
and neuronsневрони and networksмрежи,
68
174378
1566
и на невроните и мрежите,
03:07
maybe we could really understandразбирам
how the brainмозък conductsпровежда informationинформация
69
175968
3437
може би бихме могли наистина да разберем
как мозъка провежда информация
03:11
from sensoryсетивен regionsрегиони,
70
179429
1167
от сетивните райони,
03:12
mixesсмеси it with emotionемоция and feelingчувство,
71
180620
1736
смесва я с емоции и чувства
03:14
and generatesгенерира our decisionsрешения and actionsмерки.
72
182380
2394
и създава решенията и действията ни.
03:17
Maybe we could pinpointизтъквам the exactточен setкомплект
of molecularмолекулен changesпромени that occurвъзникне
73
185131
3789
Може би бихме могли да посочим
точния комплект от молекулни промени,
03:20
in a brainмозък disorderсмущение.
74
188944
1202
в дадено мозъчно разстройство.
03:22
And onceведнъж we know how
those moleculesмолекули have changedпроменен,
75
190170
2822
И щом разберем как
тези молекули са изменени,
03:25
whetherдали they'veте имат increasedувеличава in numberномер
or changedпроменен in patternмодел,
76
193016
2780
дали броят им е нараснал или
подребата им се е променила,
03:27
we could use those
as targetsцели for newнов drugsнаркотици,
77
195820
2939
бихме могли да ги използваме
като цели за нови лекарства,
03:30
for newнов waysначини of deliveringдоставяне
energyенергия into the brainмозък
78
198783
2271
нови начини за доставка на
енергия до мозъка,
03:33
in orderпоръчка to repairремонт the brainмозък
computationsизчисления that are afflictedогорчен
79
201078
3880
за да бъдат възстановени
мозъчните изчисления, засегнати
03:36
in patientsпациенти who sufferстрадам
from brainмозък disordersразстройства.
80
204982
2299
у пациентите, които страдат от
мозъчни увреждания.
03:39
We'veНие сме all seenвидян lots of differentразличен
technologiesтехнологии over the last centuryвек
81
207793
3243
През последния век видяхме много
различни технологии,
03:43
to try to confrontизправи срещу this.
82
211060
1166
опитващи се да се справят с това.
03:44
I think we'veние имаме all seenвидян brainмозък scansсканиране
83
212250
1880
Мисля, че всички сме
виждали мозъчни сканирания
03:46
takenвзета usingизползвайки MRIЯМР machinesмашини.
84
214154
2034
заснети с ЯМР машини.
03:48
These, of courseкурс, have the great powerмощност
that they are noninvasiveнеинвазивни,
85
216212
3347
Тяхното огромно предимство е,
че са неинвазивни,
03:51
they can be used on livingжив humanчовек subjectsучебни предмети.
86
219583
2355
могат да се прилагат върху живи хора.
03:54
But alsoсъщо, they're spatiallyпространствено crudeсуров.
87
222407
2231
Но те са с ниска пространствена резолюция.
03:56
EachВсеки of these blobsпетна that you see,
or voxelsvoxels, as they're calledНаречен,
88
224662
2990
Всяко петно, което виждате,
или воксел, както се наричат,
03:59
can containсъдържа millionsмилиони
and millionsмилиони of neuronsневрони.
89
227676
2689
може да съдържа милиони
и милиони неврони.
04:02
So it's not at the levelниво of resolutionрезолюция
90
230389
1850
Това не е разделителната способност,
04:04
where it can pinpointизтъквам
the molecularмолекулен changesпромени that occurвъзникне
91
232263
2538
която може точно да посочи
молекулните изменения
04:06
or the changesпромени in the wiringокабеляване
of these networksмрежи
92
234825
2286
или измененията в свързването
на тези мрежи,
04:09
that contributesдопринася to our abilityспособност
to be consciousв съзнание and powerfulмощен beingsсъщества.
93
237135
3946
които допринасят за способността ни
да бъдем съзнателни и силни същества.
04:13
At the other extremeекстремни,
you have microscopesмикроскопи.
94
241797
3181
В другия край на спектъра
са микроскопите.
04:17
MicroscopesМикроскопи, of courseкурс, will use lightсветлина
to look at little tinyмъничък things.
95
245002
3295
Микроскопите използват светлина,
за да разглеждат мънички неща.
04:20
For centuriesвекове, they'veте имат been used
to look at things like bacteriaбактерии.
96
248321
3075
В течение на векове са били използвани
за неща като бактериите.
04:23
For neuroscienceневрология,
97
251420
1151
В неврологията
04:24
microscopesмикроскопи are actuallyвсъщност how neuronsневрони
were discoveredоткрит in the first placeмясто,
98
252595
3412
самите неврони са били открити
с помощта на микроскоп
04:28
about 130 yearsгодини agoпреди.
99
256031
1292
преди около 130 години.
04:29
But lightсветлина is fundamentallyв основата си limitedограничен.
100
257347
2318
Но светлината е фундаментално ограничена.
04:31
You can't see individualиндивидуален moleculesмолекули
with a regularредовен oldстар microscopeмикроскоп.
101
259689
3298
Не можете да видите единични молекули
с обикновен стар микроскоп.
04:35
You can't look at these tinyмъничък connectionsвръзки.
102
263011
2152
Не можете да разгледате тези малки връзки.
04:37
So if we want to make our abilityспособност
to see the brainмозък more powerfulмощен,
103
265187
3942
Така че ако искаме да подобрим
способността си да виждаме мозъка,
04:41
to get down to the groundприземен truthистина structureструктура,
104
269153
2168
да се спуснем до основната структура,
04:43
we're going to need to have
even better technologiesтехнологии.
105
271345
3280
ще ни трябват още по-добри технологии.
04:47
My groupгрупа, a coupleдвойка yearsгодини agoпреди,
startedзапочна thinkingмислене:
106
275611
2224
Преди няколко години
групата ми се запита:
04:49
Why don't we do the oppositeпротивоположен?
107
277859
1412
Защо не направим обратното?
04:51
If it's so darnдяволски complicatedсложен
to zoomмащабиране in to the brainмозък,
108
279295
2461
Ако е толкова сложно да гледаме мозъка,
04:53
why can't we make the brainмозък biggerпо-голям?
109
281780
1943
защо не го уголемим?
04:56
It initiallyпървоначално startedзапочна
110
284166
1155
В началото започна
04:57
with two gradград studentsстуденти in my groupгрупа,
FeiФей ChenЧен and PaulПол TillbergTillberg.
111
285345
2996
с двама докторанти в групата ми,
Фей Чен и Пол Тилбърг.
05:00
Now manyмного othersдруги in my groupгрупа
are helpingподпомагане with this processпроцес.
112
288365
2720
Сега много други хора в групата ми
помагат в този процес.
05:03
We decidedреши to try to figureфигура out
if we could take polymersполимери,
113
291109
2762
Решихме да опитаме да открием
дали можем да вземем полимери
05:05
like the stuffматерия in the babyбебе diaperпелена,
114
293895
1629
като тези в бебешките пелени
05:07
and installИнсталирай it physicallyфизически
withinв рамките на the brainмозък.
115
295548
2006
и да ги инсталираме физически в мозъка.
05:09
If we could do it just right,
and you addдобави waterвода,
116
297578
2241
Ако го направехме правилно
и добавехме вода,
05:11
you can potentiallyпотенциално blowудар the brainмозък up
117
299843
1835
бихме могли да надуем мозъка,
05:13
to where you could distinguishразграничат
those tinyмъничък biomoleculesбиомолекули from eachвсеки other.
118
301702
3377
така че да различим малките
биомолекули една от друга.
05:17
You would see those connectionsвръзки
and get mapsкарти of the brainмозък.
119
305103
2870
Бихме могли да видим връзките
и да направим карти на мозъка.
05:19
This could potentiallyпотенциално be quiteсъвсем dramaticдраматичен.
120
307997
1988
Това би могло да бъде доста драматично.
05:22
We broughtдонесе a little demoдемо here.
121
310009
3008
Донесохме малка демонстрация.
05:25
We got some purifiedпречистена babyбебе diaperпелена materialматериал.
122
313538
2575
Това е пречистен материал
от бебешки пелени.
05:28
It's much easierпо-лесно
just to buyКупувам it off the InternetИнтернет
123
316137
2274
Много по-лесно е
да си го купите в Интернет,
05:30
than to extractекстракт the fewмалцина grainsзърна
that actuallyвсъщност occurвъзникне in these diapersпелени.
124
318435
3475
отколкото да извлечете няколкото зрънца
от самите пелени.
05:33
I'm going to put just one teaspoonчаена лъжичка here
125
321934
2225
Слагам чаена лъжичка
05:36
of this purifiedпречистена polymerполимер.
126
324706
1794
от този пречистен полимер.
05:39
And here we have some waterвода.
127
327270
2152
А това тук е вода.
05:41
What we're going to do
128
329446
1162
Ще се опитаме да видим
05:42
is see if this teaspoonчаена лъжичка
of the babyбебе diaperпелена materialматериал
129
330632
3011
дали тази чаена лъжичка
материал от бебешки пелени
05:45
can increaseнараства in sizeразмер.
130
333667
1709
може да увеличи размера си.
05:48
You're going to see it increaseнараства in volumeсила на звука
by about a thousandfoldthousandfold
131
336687
3696
Ще видите как нараства
около хиляда пъти
05:52
before your very eyesочи.
132
340407
1286
пред очите ви.
06:01
I could pourизливам much more of this in there,
133
349597
1972
Мога да налея много повече,
06:03
but I think you've got the ideaидея
134
351593
1558
но мисля, че схванахте идеята,
06:05
that this is a very,
very interestingинтересен moleculeмолекула,
135
353175
2502
че това е много, много интересна молекула,
06:07
and if can use it in the right way,
136
355701
1912
и ако можем да я използваме правилно,
06:09
we mightбиха могли, може be ableспособен
to really zoomмащабиране in on the brainмозък
137
357637
2321
бихме могли наистина да увеличим мозъка
06:11
in a way that you can't do
with pastминало technologiesтехнологии.
138
359982
2594
по начин, невъзможен за
миналите технологии.
06:15
OK. So a little bitмалко of chemistryхимия now.
139
363227
2054
Добре. А сега малко химия.
06:17
What's going on
in the babyбебе diaperпелена polymerполимер?
140
365305
2442
Какво се случва в полимера
от бебешките пелени?
06:19
If you could zoomмащабиране in,
141
367771
1676
Ако можехте да увеличите,
06:21
it mightбиха могли, може look something like
what you see on the screenекран.
142
369471
2673
би било изглеждало като това,
което виждате на екрана.
06:24
PolymersПолимери are chainsокови of atomsатома
arrangedаранжиран in long, thinтънък linesлинии.
143
372168
4492
Полимерите са вериги от атоми,
подредени в дълги, тънки редици.
06:28
The chainsокови are very tinyмъничък,
144
376684
1367
Веригите са миниатюрни,
06:30
about the widthширочина of a biomoleculebiomolecule,
145
378075
1864
с ширината на биомолекула,
06:31
and these polymersполимери are really denseплътен.
146
379963
1747
и тези полимери са наистина нагъсто.
06:33
They're separatedразделени by distancesразстояния
147
381734
1500
Разделящите ги разстояния
06:35
that are around the sizeразмер of a biomoleculebiomolecule.
148
383258
2252
са от порядъка на размера на биомолекула.
06:37
This is very good
149
385534
1165
Това е много добре,
06:38
because we could potentiallyпотенциално
moveход everything apartна части in the brainмозък.
150
386723
3041
защото ни дава възможността да
раздвижим всичко в мозъка.
06:41
If we addдобави waterвода, what will happenстава is,
151
389788
1848
Ако добавим вода,
06:43
this swellableswellable materialматериал
is going to absorbабсорбират the waterвода,
152
391660
2515
набъбващият материал ще я абсорбира,
06:46
the polymerполимер chainsокови will moveход
apartна части from eachвсеки other,
153
394199
2400
полимерните вериги ще се разделечат
една от друга
06:48
and the entireцял materialматериал
is going to becomeда стане biggerпо-голям.
154
396623
2634
и целият материал ще нарасне.
06:51
And because these chainsокови are so tinyмъничък
155
399615
1814
И понеже тези вериги са толкова малки
06:53
and spacedразпределени by biomolecularбиомолекулярното distancesразстояния,
156
401453
2205
и са разположени на
биомолекулни разстояния,
06:55
we could potentiallyпотенциално blowудар up the brainмозък
157
403682
2039
бихме могли да надуем мозъка,
06:57
and make it bigголям enoughдостатъчно to see.
158
405745
1633
така че да го видим.
07:00
Here'sТук е the mysteryмистерия, then:
159
408020
1240
Ето я и загадката:
07:01
How do we actuallyвсъщност make
these polymerполимер chainsокови insideвътре the brainмозък
160
409284
3610
Как да построим тези
полимерни вериги вътре в мозъка,
07:04
so we can moveход all the biomoleculesбиомолекули apartна части?
161
412918
2239
така че да разделим всички биомолекули?
07:07
If we could do that,
162
415181
1151
Ако можехме да го сторим,
07:08
maybe we could get
groundприземен truthистина mapsкарти of the brainмозък.
163
416356
2397
може би щяхме да получим
точни карти на мозъка.
07:10
We could look at the wiringокабеляване.
164
418777
1389
Щяхме да видим свързването.
07:12
We can peerнадничам insideвътре
and see the moleculesмолекули withinв рамките на.
165
420190
3157
Можем да погледнем
и да видим молекулите вътре.
07:15
To explainобяснявам this, we madeизработен some animationsанимации
166
423925
2481
За да обясним това,
направихме няколко анимации,
07:18
where we actuallyвсъщност look
at, in these artistхудожник renderingsвизуализации,
167
426430
2603
художнически интерпретации,
в които виждаме
07:21
what biomoleculesбиомолекули mightбиха могли, може look
like and how we mightбиха могли, може separateотделен them.
168
429057
3541
как биха изглеждали биомолекулите
и как бихме могли да ги разделим.
07:24
StepСтъпка one: what we'dние искаме have
to do, first of all,
169
432622
2549
Стъпка първа: това,
което трябва да направим,
07:27
is attachприкрепете everyвсеки biomoleculebiomolecule,
shownпосочен in brownкафяв here,
170
435195
3389
е да закачим всяка биомолекула,
показани тук в кафяво,
07:30
to a little anchorкотва, a little handleдръжка.
171
438608
2159
за малка котва или дръжка.
07:32
We need to pullдърпам the moleculesмолекули
of the brainмозък apartна части from eachвсеки other,
172
440791
3095
Искаме да разделим молекулите
на мозъка една от друга
07:35
and to do that, we need
to have a little handleдръжка
173
443910
2326
и за да го сторим,
ни трябва малка дръжка,
07:38
that allowsпозволява those polymersполимери to bindсвързват to them
174
446260
2285
която позволява на
полимерите да се свържат
07:40
and to exertупражнява theirтехен forceсила.
175
448569
1542
и да упражнят силата си.
07:43
Now, if you just take babyбебе diaperпелена
polymerполимер and dumpбунище it on the brainмозък,
176
451278
3161
Ако просто вземем полимера от пелените
и го стоварим върху мозъка,
07:46
obviouslyочевидно, it's going to sitседя there on topвръх.
177
454463
2037
ще си стои отгоре, очевидно.
07:48
So we need to find a way
to make the polymersполимери insideвътре.
178
456524
2528
Трябва да намерим начин
да правим полимерите вътре.
07:51
And this is where we're really luckyкъсметлия.
179
459076
1788
И тук сме големи късметлии.
07:52
It turnsзавои out, you can
get the buildingсграда blocksблокове,
180
460888
2188
Оказва се, че можем да вземем
градивните елементи,
07:55
monomersмономери, as they're calledНаречен,
181
463100
1372
наречени мономери,
07:56
and if you let them go into the brainмозък
182
464496
1784
и ако ги пуснем в мозъка
07:58
and then triggerтригер the chemicalхимически reactionsреакции,
183
466304
2036
и после отключим химичните реакции,
08:00
you can get them to formформа
those long chainsокови,
184
468364
2702
можем да ги накараме да образуват
тези дълги вериги,
08:03
right there insideвътре the brainмозък tissueтъкан.
185
471090
1798
направо вътре в мозъчната тъкан.
08:05
They're going to windвятър theirтехен way
around biomoleculesбиомолекули
186
473325
2397
Те ще си проправят път
около биомолекулите
08:07
and betweenмежду biomoleculesбиомолекули,
187
475746
1221
и между биомолекулите,
08:08
formingформиране those complexкомплекс websПаяжината
188
476991
1625
образуващи тези сложни паяжини,
08:10
that will allowпозволява you, eventuallyв крайна сметка,
to pullдърпам apartна части the moleculesмолекули
189
478640
2862
които ще ни позволят в крайна сметка
да разделим молекулите
08:13
from eachвсеки other.
190
481526
1175
една от друга.
08:14
And everyвсеки time one
of those little handlesдръжки is around,
191
482725
3054
И всеки път, когато наоколо
има една от тези малки дръжки,
08:17
the polymerполимер will bindсвързват to the handleдръжка,
and that's exactlyточно what we need
192
485803
3350
полимерът ще се залови за нея,
и това е точно каквото ни трябва,
08:21
in orderпоръчка to pullдърпам the moleculesмолекули
apartна части from eachвсеки other.
193
489177
2531
за да разделим молекулите една от друга.
08:23
All right, the momentмомент of truthистина.
194
491732
1693
И така, моментът на истината.
08:25
We have to treatлечение this specimenобразец
195
493449
2148
Трябва да третираме тази проба
08:27
with a chemicalхимически to kindмил of loosenразхлабете up
all the moleculesмолекули from eachвсеки other,
196
495621
3446
с химикал, за да отпуснем молекулите,
08:31
and then, when we addдобави waterвода,
197
499091
1836
и после, когато добавим водата,
08:32
that swellableswellable materialматериал is going
to startначало absorbingЗвукоизолации the waterвода,
198
500951
2953
набъбващият материал ще започне
да я абсорбира,
08:35
the polymerполимер chainsокови will moveход apartна части,
199
503928
1703
полимерните вериги ще се разделечат,
08:37
but now, the biomoleculesбиомолекули
will come alongзаедно for the rideезда.
200
505655
2722
но сега биомолекулите ще тръгнат с тях.
08:40
And much like drawingчертеж
a pictureснимка on a balloonбалон,
201
508401
2164
Малко като да нарисуваме
картина върху балон
08:42
and then you blowудар up the balloonбалон,
202
510589
1587
и после да го надуем,
08:44
the imageизображение is the sameедин и същ,
203
512200
1290
картината е същата,
08:45
but the inkмастило particlesчастици have movedпреместен
away from eachвсеки other.
204
513514
2548
но частиците на мастилото
са се разделечили.
08:48
And that's what we'veние имаме been ableспособен
to do now, but in threeтри dimensionsразмери.
205
516086
3467
Точно това успяхме да направим сега,
но в три измерения.
08:51
There's one last trickтрик.
206
519577
1999
Има един последен трик.
08:53
As you can see here,
207
521600
1218
Както можете да видите,
08:54
we'veние имаме color-codedс цветен код
all the biomoleculesбиомолекули brownкафяв.
208
522842
2109
оцветили сме всички
биомолекули в кафяво.
08:56
That's because they all
kindмил of look the sameедин и същ.
209
524975
2170
Това е, понеже те
изглеждат горе-долу еднакво.
08:59
BiomoleculesБиомолекули are madeизработен
out of the sameедин и същ atomsатома,
210
527169
2105
Биомолекулите са изградени
от едни и същи атоми,
09:01
but just in differentразличен ordersпоръчки.
211
529298
2240
но в различен ред.
09:03
So we need one last thing
212
531562
1500
Трябва ни едно последно нещо,
09:05
in orderпоръчка to make them visibleвидим.
213
533086
1695
за да ги направим видими.
09:06
We have to bringвъвеждат in little tagsТагове,
214
534805
1579
Трябва да внесем малки етикети,
09:08
with glowingСветещи dyesбагрила
that will distinguishразграничат them.
215
536408
3019
със светещи бои, които ще ги откроят.
09:11
So one kindмил of biomoleculebiomolecule
mightбиха могли, може get a blueсин colorцвят.
216
539451
2673
Така един вид биомолекула
може да се оцвети в синьо.
09:14
AnotherДруг kindмил of biomoleculebiomolecule
mightбиха могли, може get a redчервен colorцвят.
217
542148
2351
Друг вид биомолекула
може да се оцвети в червено.
09:16
And so forthнапред.
218
544523
1276
И така нататък.
09:17
And that's the finalфинал stepстъпка.
219
545823
1552
И това е финалната крачка.
09:19
Now we can look at something like a brainмозък
220
547399
2278
Сега можем да погледнем нещо като мозъка
09:21
and look at the individualиндивидуален moleculesмолекули,
221
549701
1796
и да разгледаме единични молекули,
09:23
because we'veние имаме movedпреместен them
farдалече apartна части enoughдостатъчно from eachвсеки other
222
551521
2707
понеже сме ги преместили
достатъчно далеч една от друга,
09:26
that we can tell them apartна части.
223
554252
1698
че да можем да ги различим.
09:27
So the hopeнадявам се here is that
we can make the invisibleневидим visibleвидим.
224
555974
2834
Идеята тук е да направим
невидимото видимо.
09:30
We can turnзавой things that mightбиха могли, може seemИзглежда
smallмалък and obscureзакриват
225
558832
2566
Можем да вземем неща,
които изглеждат малки и неясни,
09:33
and blowудар them up
226
561422
1151
и да ги уголемим,
09:34
untilдо they're like constellationsсъзвездия
of informationинформация about life.
227
562597
3177
докато не се превърнат в съзвездия
от информация за живота.
09:37
Here'sТук е an actualдействителен videoвидео
of what it mightбиха могли, може look like.
228
565798
2375
Ето и видео, показващо
как това изглежда наистина.
09:40
We have here a little brainмозък in a dishчиния --
229
568197
2371
Имаме малък мозък в чинийка --
09:42
a little pieceпарче of a brainмозък, actuallyвсъщност.
230
570592
1747
всъщност малко парченце мозък.
09:44
We'veНие сме infusedвлива the polymerполимер in,
231
572363
1596
Включили сме полимера
09:45
and now we're addingдобавяне waterвода.
232
573983
1467
и сега добавяме вода.
09:47
What you'llти ще see is that,
right before your eyesочи --
233
575474
2358
Виждате с очите си как --
09:49
this videoвидео is spedСПЕД up about sixtyfoldsixtyfold --
234
577856
1923
това видео е ускорено около 60 пъти --
09:51
this little pieceпарче of brainмозък tissueтъкан
is going to growрастат.
235
579803
2725
това малко парченце мозъчна тъкан
започва да расте.
09:54
It can increaseнараства by a hundredfoldстократно
or even more in volumeсила на звука.
236
582552
3180
Може да увеличи обема си
сто или повече пъти.
09:57
And the coolготино partчаст is, because
those polymersполимери are so tinyмъничък,
237
585756
2949
И готината част е, че понеже
тези полимери са толкова малки,
10:00
we're separatingотделяне biomoleculesбиомолекули
evenlyравномерно from eachвсеки other.
238
588729
2559
разделяме биомолекулите равномерно.
10:03
It's a smoothгладък expansionекспанзия.
239
591312
1658
Експанзията е гладка.
10:04
We're not losingзагуба the configurationконфигурация
of the informationинформация.
240
592994
2687
Няма да изгубим
конфигурацията на информацията.
10:07
We're just makingприготвяне it easierпо-лесно to see.
241
595705
2700
Просто ще я направим по-лесна за виждане.
10:11
So now we can take
actualдействителен brainмозък circuitryсхема --
242
599333
2176
Сега можем да вземем
истински мозъчни връзки --
10:13
here'sето a pieceпарче of the brainмозък
involvedучастващи with, for exampleпример, memoryпамет --
243
601533
3134
това тук е парче мозък,
участващо в, например, паметта --
10:16
and we can zoomмащабиране in.
244
604691
1263
и да ги уголемим.
10:17
We can startначало to actuallyвсъщност look at
how circuitsвериги are configuredконфигуриран.
245
605978
2890
Можем да започнем да гледаме как
са конфигурирани връзките.
Може би някой ден ще можем
да разчетем спомен.
10:20
Maybe somedayнякой ден we could readПрочети out a memoryпамет.
246
608892
1968
10:22
Maybe we could actuallyвсъщност look
at how circuitsвериги are configuredконфигуриран
247
610884
2779
Ще можем наистина да видим
как са конфигурирани връзките,
10:25
to processпроцес emotionsемоции,
248
613687
1152
за да обработват емоции,
10:26
how the actualдействителен wiringокабеляване
of our brainмозък is organizedорганизиран
249
614863
2922
как връзките в мозъка са организирани,
10:29
in orderпоръчка to make us who we are.
250
617809
2567
за да ни направи тези, които сме.
10:32
And of courseкурс, we can pinpointизтъквам, hopefullyда се надяваме,
251
620400
2047
И можем да посочим, надяваме се,
10:34
the actualдействителен problemsпроблеми in the brainмозък
at a molecularмолекулен levelниво.
252
622471
3159
точните проблеми в мозъка на
молекулярно равнище.
10:37
What if we could actuallyвсъщност
look into cellsклетки in the brainмозък
253
625654
2569
Ако можехме наистина
да надзърнем в мозъчните клетки
10:40
and figureфигура out, wowБрей, here are the 17
moleculesмолекули that have alteredпроменен
254
628247
3083
и да видим, леле, ето ги 17-те
молекули, които са се изменили
10:43
in this brainмозък tissueтъкан that has been
undergoingподложени на epilepsyепилепсия
255
631354
3455
в тази мозъчна тъкан с епилепсия
10:46
or changingсмяна in Parkinson'sПаркинсон diseaseболест
256
634833
1650
или се изменят в Паркинсон,
10:48
or otherwiseв противен случай beingсъщество alteredпроменен?
257
636507
1517
или се променят по друг начин?
10:50
If we get that systematicсистемно listсписък
of things that are going wrongпогрешно,
258
638048
3043
Ако изготвим систематичен списък
на нещата, които не вървят,
10:53
those becomeда стане our therapeuticтерапевтичен targetsцели.
259
641115
2199
те ще се превърнат в терапевтични цели.
10:55
We can buildпострои drugsнаркотици that bindсвързват those.
260
643338
1677
Можем да създадем лекарства,
които се свързват с тях.
10:57
We can maybe aimцел energyенергия
at differentразличен partsчасти of the brainмозък
261
645039
2627
Може би ще насочваме енергия
към различни части на мозъка,
10:59
in orderпоръчка to help people
with Parkinson'sПаркинсон or epilepsyепилепсия
262
647690
2687
за да помогнем на хората
с Паркинсон или епилепсия
11:02
or other conditionsусловия that affectзасегне
over a billionмилиард people
263
650401
2551
или други проблеми, които
афектират над един милиард души
11:04
around the worldсвят.
264
652976
1213
по света.
11:07
Now, something interestingинтересен
has been happeningслучва.
265
655246
2206
Нещо интересно се случва в момента.
11:09
It turnsзавои out that throughoutпрез biomedicineбиомедицина,
266
657476
2705
Оказва се, че в биомедицината
11:12
there are other problemsпроблеми
that expansionекспанзия mightбиха могли, може help with.
267
660205
2666
има други проблеми,
където експанзията може да помогне.
11:14
This is an actualдействителен biopsyбиопсия
from a humanчовек breastгърди cancerрак patientтърпелив.
268
662895
3234
Това е биопсия на пациентка,
страдаща от рак на гърдата.
11:18
It turnsзавои out that if you look at cancersрак,
269
666505
2188
Оказва се, че ако разгледаме рака,
11:20
if you look at the immuneс имунитет systemсистема,
270
668717
1611
ако разгледаме имунната система,
11:22
if you look at agingостаряване,
if you look at developmentразвитие --
271
670352
2513
остаряването, развитието --
11:24
all these processesпроцеси are involvingс участието на
large-scaleв голям мащаб biologicalбиологичен systemsсистеми.
272
672889
4497
всички тези процеси включват
мащабни биологични системи.
11:29
But of courseкурс, the problemsпроблеми beginзапочвам
with those little nanoscaleнаномащаб moleculesмолекули,
273
677410
4024
Но проблемите започват
с тези малки наноскопични молекули,
11:33
the machinesмашини that make the cellsклетки
and the organsоргани in our bodyтяло tickотметка.
274
681458
3869
машините, които карат клетките и
органите в тялото ни да тиктакат.
11:37
So what we're tryingопитвайки
to do now is to figureфигура out
275
685351
2222
Така че сега се опитваме да разберем
11:39
if we can actuallyвсъщност use this technologyтехнология
to mapкарта the buildingсграда blocksблокове of life
276
687597
3466
дали можем да използваме тази технология,
за да картографираме тухличките на живота
11:43
in a wideширок varietyразнообразие of diseasesзаболявания.
277
691087
1745
в широк набор от болести.
11:44
Can we actuallyвсъщност pinpointизтъквам
the molecularмолекулен changesпромени in a tumorтумор
278
692856
2896
Можем ли точно да посочим
молекулярните промени в тумора,
11:47
so that we can actuallyвсъщност
go after it in a smartумен way
279
695776
2369
така че да го атакуваме по
интелигентен начин
11:50
and deliverдоставям drugsнаркотици that mightбиха могли, може wipeизтриване out
exactlyточно the cellsклетки that we want to?
280
698169
3944
и да създадем лекарства, които да
унищожат точно клетките, които искаме?
11:54
You know, a lot of medicineмедицина
is very highВисоко riskриск.
281
702137
2335
Голяма част от медицината
е с много висок риск.
11:56
SometimesПонякога, it's even guessworkдогадки.
282
704496
1782
Понякога е дори налучкване.
11:58
My hopeнадявам се is we can actuallyвсъщност turnзавой
what mightбиха могли, може be a high-riskвисок риск moonлуна shotизстрел
283
706626
3875
Надеждата ми е да можем да превърнем
един високорисков полет до луната
12:02
into something that's more reliableнадежден.
284
710525
1769
в нещо по-сигурно.
12:04
If you think about the originalоригинал moonлуна shotизстрел,
285
712318
2055
Ако се замислите,
оригиналният полет до луната,
12:06
where they actuallyвсъщност landedкацнал on the moonлуна,
286
714397
1898
с все кацането на луната,
12:08
it was basedбазиран on solidтвърд scienceнаука.
287
716319
1444
е бил базиран на солидна наука.
12:09
We understoodразбрах gravityземно притегляне;
288
717787
1603
Разбирали сме гравитацията;
12:11
we understoodразбрах aerodynamicsаеродинамика.
289
719414
1341
разбирали сме аеродинамиката.
12:12
We knewЗнаех how to buildпострои rocketsракети.
290
720779
1395
Знаели сме как да строим ракети.
12:14
The scienceнаука riskриск was underпри controlконтрол.
291
722198
2468
Научният риск е бил под контрол.
12:16
It was still a great, great
featподвиг of engineeringинженерство.
292
724690
2753
И въпреки това е бил голям, голям
инженерен подвиг.
12:19
But in medicineмедицина, we don't
necessarilyнепременно have all the lawsзакони.
293
727467
2645
Но в медицината все още
не разполагаме с всички закони.
12:22
Do we have all the lawsзакони
that are analogousаналогични to gravityземно притегляне,
294
730136
3109
Знаем ли всички закони,
аналогични на гравитацията
12:25
that are analogousаналогични to aerodynamicsаеродинамика?
295
733269
2344
или на аеродинамиката?
12:27
I would argueспоря that with technologiesтехнологии
296
735637
1730
Бих казал, че с технологиите,
12:29
like the kindsвидове I'm talkingговорим about todayднес,
297
737391
1872
като тази, за която говоря днес,
12:31
maybe we can actuallyвсъщност deriveизвлече those.
298
739287
1693
може би ще можем да ги изведем.
12:33
We can mapкарта the patternsмодели
that occurвъзникне in livingжив systemsсистеми,
299
741004
2857
Можем да картографираме
моделите в живите системи
12:35
and figureфигура out how to overcomeпреодолеят
the diseasesзаболявания that plagueчумата us.
300
743885
4558
и да разберем как да превъзмогнем
болестите, които ни морят.
12:41
You know, my wifeсъпруга and I
have two youngмлад kidsдеца,
301
749499
2079
Знаете ли, с жена ми
имаме две малки деца
12:43
and one of my hopesнадежди as a bioengineerbioengineer
is to make life better for them
302
751602
3234
и една от надеждите ми като
биоинженер е да направя живота им по-добър
12:46
than it currentlyпонастоящем is for us.
303
754860
1729
от нашия понастоящем.
12:48
And my hopeнадявам се is, if we can
turnзавой biologyбиология and medicineмедицина
304
756613
3730
Надеждата ми е да можем да превърнем
биологията и медицината
12:52
from these high-riskвисок риск endeavorsначинания
that are governedурежда by chanceшанс and luckкъсмет,
305
760367
4357
от тези високорискови начинания,
управлявани от шанс и късмет,
12:56
and make them things
that we winпечеля by skillумение and hardтвърд work,
306
764748
3927
в неща, които извличаме чрез
умения и усърдна работа,
13:00
then that would be a great advanceнапредък.
307
768699
1898
и това би бил страхотен напредък.
13:02
Thank you very much.
308
770621
1206
Благодаря Ви много.
(Ръкопляскане)
13:03
(ApplauseАплодисменти)
309
771851
10383
Translated by Konstantin Tomanov
Reviewed by Darina Stoyanova

▲Back to top

ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Ed Boyden | Speaker | TED.com