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Ed Boyden: A new way to study the brain's invisible secrets
Ed Boyden: Fraldas para bebés inspiraram esta nova forma de estudar o cérebro
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O neuroengenheiro Ed Boyden quer perceber como as pequenas biomoléculas no nosso cérebro geram emoções, pensamentos e sentimentos — e quer descobrir as alterações moleculares que conduzem a doenças como epilepsia ou Alzheimer. Em vez de ampliar essas estruturas invisíveis com um microscópio, ele pensou: E se as aumentarmos fisicamente e as tornarmos mais fáceis de ver? Fiquem a saber como os mesmos polímeros usados para fazer inchar as fraldas para bebés poderão ser a chave para a compreensão do nosso cérebro.
Ed Boyden - Neuroengineer
Ed Boyden is a professor of biological engineering and brain and cognitive sciences at the MIT Media Lab and the MIT McGovern Institute. Full bio
Ed Boyden is a professor of biological engineering and brain and cognitive sciences at the MIT Media Lab and the MIT McGovern Institute. Full bio
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00:12
Hello, everybody.
0
904
1405
Olá a todos.
00:14
I brought with me today a baby diaper.
1
2333
2643
Trouxe hoje comigo uma fralda para bebés.
00:18
You'll see why in a second.
2
6793
1722
Já vão ver porquê.
00:20
Baby diapers have interesting properties.
3
8539
2010
As fraldas têm propriedades interessantes.
00:22
They can swell enormously
when you add water to them,
when you add water to them,
4
10573
2691
Conseguem inchar imenso
quando lhes deitamos água,
quando lhes deitamos água,
00:25
an experiment done
by millions of kids every day.
by millions of kids every day.
5
13288
2984
uma experiência feita por
milhões de crianças todos os dias.
milhões de crianças todos os dias.
00:28
(Laughter)
6
16296
1150
(Risos)
00:29
But the reason why
7
17470
1494
Mas a razão para isso acontecer
00:30
is that they're designed
in a very clever way.
in a very clever way.
8
18988
2190
é que o design é feito
de modo muito inteligente.
de modo muito inteligente.
00:33
They're made out of a thing
called a swellable material.
called a swellable material.
9
21202
2635
Elas são feitas de um material absorvente.
00:35
It's a special kind of material that,
when you add water,
when you add water,
10
23861
2737
Um tipo especial de material que,
quando adicionada água,
quando adicionada água,
00:38
it will swell up enormously,
11
26622
1430
consegue inchar tremendamente,
00:40
maybe a thousand times in volume.
12
28076
2166
talvez mil vezes mais em volume.
00:42
And this is a very useful,
industrial kind of polymer.
industrial kind of polymer.
13
30266
3236
Trata-se de um polímero
industrial muito útil.
industrial muito útil.
00:45
But what we're trying to do
in my group at MIT
in my group at MIT
14
33819
2526
Mas o que o nosso grupo do MIT
está a tentar fazer
está a tentar fazer
00:48
is to figure out if we can do
something similar to the brain.
something similar to the brain.
15
36369
3213
é perceber se conseguimos fazer
algo semelhante com o cérebro.
algo semelhante com o cérebro.
Será que podemos aumentá-lo,
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
de forma a ver o seu interior,
00:54
and see all the tiny building blocks,
the biomolecules,
the biomolecules,
18
42481
2628
todos os pequenos elementos,
as biomoléculas
as biomoléculas
00:57
how they're organized in three dimensions,
19
45133
2151
e a sua organização em três dimensões,
00:59
the structure, the ground truth
structure of the brain, if you will?
structure of the brain, if you will?
20
47308
3485
a estrutura, a verdadeira
estrutura do cérebro?
estrutura do cérebro?
01:02
If we could get that,
21
50817
1158
Se conseguíssemos isso,
01:03
maybe we could have a better understanding
of how the brain is organized
of how the brain is organized
22
51999
3509
talvez compreendêssemos melhor
como o cérebro está organizado
como o cérebro está organizado
01:07
to yield thoughts and emotions
23
55532
1659
para gerar pensamentos e emoções,
01:09
and actions and sensations.
24
57215
1719
ações e sensações.
01:10
Maybe we could try to pinpoint
the exact changes in the brain
the exact changes in the brain
25
58958
3415
Talvez pudéssemos tentar localizar
mudanças cerebrais específicas
mudanças cerebrais específicas
01:14
that result in diseases,
26
62397
1776
que geram doenças,
01:16
diseases like Alzheimer's
and epilepsy and Parkinson's,
and epilepsy and Parkinson's,
27
64197
3212
doenças como Alzheimer,
epilepsia e Parkinson,
epilepsia e Parkinson,
01:19
for which there are few
treatments, much less cures,
treatments, much less cures,
28
67433
2578
para as quais há poucos
tratamentos, quanto mais curas,
tratamentos, quanto mais curas,
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
e para as quais, muitas vezes,
não sabemos a causa ou origem
não sabemos a causa ou origem
01:25
and what's really causing them to occur.
30
73676
2135
e o que realmente faz com que ocorram.
01:28
Now, our group at MIT
31
76613
1740
Agora, o nosso grupo do MIT
01:30
is trying to take
a different point of view
a different point of view
32
78377
2686
está a tentar ver as coisas
de um ângulo diferente
de um ângulo diferente
01:33
from the way neuroscience has
been done over the last hundred years.
been done over the last hundred years.
33
81087
3230
do da neurociência dos últimos cem anos.
01:36
We're designers. We're inventors.
34
84341
1579
Somos designers, inventores.
01:37
We're trying to figure out
how to build technologies
how to build technologies
35
85944
2544
Tentamos perceber
como construir tecnologias
como construir tecnologias
01:40
that let us look at and repair the brain.
36
88512
2456
que permitam observar e tratar o cérebro.
01:42
And the reason is,
37
90992
1151
E a razão é esta,
01:44
the brain is incredibly,
incredibly complicated.
incredibly complicated.
38
92167
2801
o cérebro é incrivelmente complicado.
01:47
So what we've learned
over the first century of neuroscience
over the first century of neuroscience
39
95484
2887
O que nós aprendemos
no primeiro século da neurociência
no primeiro século da neurociência
01:50
is that the brain is a very
complicated network,
complicated network,
40
98395
2303
é que o cérebro
é uma rede muito complicada,
é uma rede muito complicada,
01:52
made out of very specialized
cells called neurons
cells called neurons
41
100722
2480
feita de células muito
especializadas, os neurónios,
especializadas, os neurónios,
01:55
with very complex geometries,
42
103226
1667
com geometrias muito complexas,
01:56
and electrical currents will flow
through these complexly shaped neurons.
through these complexly shaped neurons.
43
104917
4237
e há correntes elétricas que correm
por esses neurónios com formas complexas.
por esses neurónios com formas complexas.
02:01
Furthermore, neurons
are connected in networks.
are connected in networks.
44
109653
2784
Além disso, os neurónios
estão interligados em redes.
estão interligados em redes.
02:04
They're connected by little junctions
called synapses that exchange chemicals
called synapses that exchange chemicals
45
112461
3835
Estão ligados por pequenas junções,
designadas sinapses, que trocam químicos
designadas sinapses, que trocam químicos
02:08
and allow the neurons
to talk to each other.
to talk to each other.
46
116320
2218
e permitem aos neurónios
comunicar entre si.
comunicar entre si.
02:10
The density of the brain is incredible.
47
118562
1940
A densidade do cérebro é espantosa.
02:12
In a cubic millimeter of your brain,
48
120526
2307
Num milímetro cúbico do nosso cérebro,
02:14
there are about 100,000 of these neurons
49
122857
2457
existem cerca de cem mil neurónios destes
02:17
and maybe a billion of those connections.
50
125338
2517
e talvez mil milhões destas ligações.
02:20
But it's worse.
51
128887
1382
Mas o pior está para vir.
02:22
So, if you could zoom in to a neuron,
52
130293
2305
Então, se conseguissem ver
o neurónio de perto
o neurónio de perto
02:24
and, of course, this is just
our artist's rendition of it.
our artist's rendition of it.
53
132622
2750
— claro, isto é apenas
o nosso esboço artístico —
o nosso esboço artístico —
02:27
What you would see are thousands
and thousands of kinds of biomolecules,
and thousands of kinds of biomolecules,
54
135396
4207
veriam milhares e milhares
de tipos de biomoléculas,
de tipos de biomoléculas,
02:31
little nanoscale machines
organized in complex, 3D patterns,
organized in complex, 3D patterns,
55
139627
4400
pequenas nano-máquinas organizadas
em padrões tridimensionais complexos,
em padrões tridimensionais complexos,
02:36
and together they mediate
those electrical pulses,
those electrical pulses,
56
144051
2628
que juntas medeiam
esses impulsos elétricos,
esses impulsos elétricos,
02:38
those chemical exchanges
that allow neurons to work together
that allow neurons to work together
57
146703
3937
essas trocas químicas que permitem
aos neurónios trabalhar juntos,
aos neurónios trabalhar juntos,
02:42
to generate things like thoughts
and feelings and so forth.
and feelings and so forth.
58
150664
3669
gerando coisas como pensamentos,
sentimentos, e por aí fora.
sentimentos, e por aí fora.
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
Mas nós não sabemos como os neurónios
se organizam no cérebro formando redes,
se organizam no cérebro formando redes,
02:50
to form networks,
60
158145
1174
02:51
and we don't know how
the biomolecules are organized
the biomolecules are organized
61
159343
2500
nem sabemos como é que as biomoléculas
se organizam nesses neurónios
se organizam nesses neurónios
02:53
within neurons
62
161867
1174
02:55
to form these complex, organized machines.
63
163065
2405
para formar essas máquinas
organizadas e complexas.
organizadas e complexas.
02:57
If we really want to understand this,
64
165918
1820
Para realmente se perceber isto,
02:59
we're going to need new technologies.
65
167762
1817
são necessárias novas tecnologias.
03:01
But if we could get such maps,
66
169603
1784
Mas se pudéssemos obter estes mapas,
03:03
if we could look at the organization
of molecules and neurons
of molecules and neurons
67
171411
2943
se pudéssemos ver a organização
de moléculas e neurónios
de moléculas e neurónios
03:06
and neurons and networks,
68
174378
1566
e neurónios e redes,
03:07
maybe we could really understand
how the brain conducts information
how the brain conducts information
69
175968
3437
talvez conseguíssemos perceber realmente
como o cérebro conduz informação
como o cérebro conduz informação
03:11
from sensory regions,
70
179429
1167
das regiões sensoriais,
03:12
mixes it with emotion and feeling,
71
180620
1736
a mistura com emoção e sentimento,
03:14
and generates our decisions and actions.
72
182380
2394
e produz as nossas decisões e ações.
03:17
Maybe we could pinpoint the exact set
of molecular changes that occur
of molecular changes that occur
73
185131
3789
Talvez pudéssemos identificar
todas as alterações moleculares
todas as alterações moleculares
que ocorrem numa doença cerebral.
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
Uma vez sabendo que alterações
as moléculas sofreram,
as moléculas sofreram,
03:25
whether they've increased in number
or changed in pattern,
or changed in pattern,
76
193016
2780
se tinham aumentado em número
ou alterado o seu padrão,
ou alterado o seu padrão,
03:27
we could use those
as targets for new drugs,
as targets for new drugs,
77
195820
2939
poderíamos usá-las como alvos
para novos fármacos,
para novos fármacos,
03:30
for new ways of delivering
energy into the brain
energy into the brain
78
198783
2271
como forma de transferir
energia para o cérebro
energia para o cérebro
03:33
in order to repair the brain
computations that are afflicted
computations that are afflicted
79
201078
3880
de modo a reparar os cálculos
cerebrais que foram afetados
cerebrais que foram afetados
03:36
in patients who suffer
from brain disorders.
from brain disorders.
80
204982
2299
em pacientes que sofram
de doenças cerebrais.
de doenças cerebrais.
03:39
We've all seen lots of different
technologies over the last century
technologies over the last century
81
207793
3243
Todos nós vimos várias tecnologias
diferentes no último século
diferentes no último século
a tentar responder a isto.
03:43
to try to confront this.
82
211060
1166
03:44
I think we've all seen brain scans
83
212250
1880
Acho que já todos vimos imagens do cérebro
03:46
taken using MRI machines.
84
214154
2034
adquiridas com aparelhos
de ressonância magnética.
de ressonância magnética.
03:48
These, of course, have the great power
that they are noninvasive,
that they are noninvasive,
85
216212
3347
Tais máquinas têm a grande vantagem
de não serem invasivas,
de não serem invasivas,
03:51
they can be used on living human subjects.
86
219583
2355
podendo ser usadas em seres humanos vivos.
03:54
But also, they're spatially crude.
87
222407
2231
Mas as imagens são grosseiras.
03:56
Each of these blobs that you see,
or voxels, as they're called,
or voxels, as they're called,
88
224662
2990
Cada uma destas manchas que veem,
ou vóxeis, como são chamados,
ou vóxeis, como são chamados,
03:59
can contain millions
and millions of neurons.
and millions of neurons.
89
227676
2689
pode conter milhões
e milhões de neurónios.
e milhões de neurónios.
04:02
So it's not at the level of resolution
90
230389
1850
Não é ao nível da resolução
04:04
where it can pinpoint
the molecular changes that occur
the molecular changes that occur
91
232263
2538
que se podem identificar
as alterações moleculares
as alterações moleculares
04:06
or the changes in the wiring
of these networks
of these networks
92
234825
2286
ou as alterações nas ligações
entre essas redes,
entre essas redes,
04:09
that contributes to our ability
to be conscious and powerful beings.
to be conscious and powerful beings.
93
237135
3946
que contribuem para sermos seres
conscientes e com grandes capacidades.
conscientes e com grandes capacidades.
04:13
At the other extreme,
you have microscopes.
you have microscopes.
94
241797
3181
No extremo oposto, temos os microscópios.
04:17
Microscopes, of course, will use light
to look at little tiny things.
to look at little tiny things.
95
245002
3295
Os microscópios, claro, utilizam a luz
para ver coisas muito pequenas.
para ver coisas muito pequenas.
04:20
For centuries, they've been used
to look at things like bacteria.
to look at things like bacteria.
96
248321
3075
Foram usados durante séculos
para ver coisas como bactérias.
para ver coisas como bactérias.
Na neurociência,
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
os neurónios foram descobertos
precisamente com a ajuda de microscópios,
precisamente com a ajuda de microscópios,
04:28
about 130 years ago.
99
256031
1292
há cerca de 130 anos.
04:29
But light is fundamentally limited.
100
257347
2318
Mas a luz tem limitações.
04:31
You can't see individual molecules
with a regular old microscope.
with a regular old microscope.
101
259689
3298
Não se veem moléculas individuais
com um microscópio tradicional.
com um microscópio tradicional.
04:35
You can't look at these tiny connections.
102
263011
2152
Não se veem as pequenas ligações.
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
Portanto, se queremos melhorar
a capacidade de ver o cérebro,
a capacidade de ver o cérebro,
04:41
to get down to the ground truth structure,
104
269153
2168
de ver diretamente
a sua verdadeira estrutura,
a sua verdadeira estrutura,
04:43
we're going to need to have
even better technologies.
even better technologies.
105
271345
3280
teremos de ter tecnologias
ainda mais avançadas.
ainda mais avançadas.
04:47
My group, a couple years ago,
started thinking:
started thinking:
106
275611
2224
Há uns anos, o meu grupo começou a pensar:
04:49
Why don't we do the opposite?
107
277859
1412
E que tal fazer ao contrário?
04:51
If it's so darn complicated
to zoom in to the brain,
to zoom in to the brain,
108
279295
2461
Se é tão difícil fazer zoom no cérebro,
04:53
why can't we make the brain bigger?
109
281780
1943
porque não torná-lo maior?
Começou com dois estudantes de mestrado
do meu grupo, Fei Chen e Paul Tillberg.
do meu grupo, Fei Chen e Paul Tillberg.
04:56
It initially started
110
284166
1155
04:57
with two grad students in my group,
Fei Chen and Paul Tillberg.
Fei Chen and Paul Tillberg.
111
285345
2996
Agora já há outros no grupo
a ajudar no processo.
a ajudar no processo.
05:00
Now many others in my group
are helping with this process.
are helping with this process.
112
288365
2720
Decidimos tentar perceber
se podíamos pegar em polímeros,
se podíamos pegar em polímeros,
05:03
We decided to try to figure out
if we could take polymers,
if we could take polymers,
113
291109
2762
como a substância das fraldas,
05:05
like the stuff in the baby diaper,
114
293895
1629
e implantá-los fisicamente no cérebro.
05:07
and install it physically
within the brain.
within the brain.
115
295548
2006
Se o fizéssemos corretamente,
e adicionássemos água,
e adicionássemos água,
05:09
If we could do it just right,
and you add water,
and you add water,
116
297578
2241
haveria a possibilidade
de expandir o cérebro
de expandir o cérebro
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
até ao ponto de se distinguirem
pequenas biomoléculas umas das outras.
pequenas biomoléculas umas das outras.
05:17
You would see those connections
and get maps of the brain.
and get maps of the brain.
119
305103
2870
Veríamos as tais ligações
e teríamos mapas do cérebro.
e teríamos mapas do cérebro.
05:19
This could potentially be quite dramatic.
120
307997
1988
Isto pode ser bastante dramático.
05:22
We brought a little demo here.
121
310009
3008
Trouxemos uma pequena demonstração.
Arranjámos algum material
purificado de fraldas de bebés.
purificado de fraldas de bebés.
05:25
We got some purified baby diaper material.
122
313538
2575
05:28
It's much easier
just to buy it off the Internet
just to buy it off the Internet
123
316137
2274
É muito mais fácil comprá-lo na Internet
05:30
than to extract the few grains
that actually occur in these diapers.
that actually occur in these diapers.
124
318435
3475
do que extrair os poucos grãos
que existem nestas fraldas.
que existem nestas fraldas.
05:33
I'm going to put just one teaspoon here
125
321934
2225
Vou colocar aqui apenas uma colher de chá
05:36
of this purified polymer.
126
324706
1794
deste polímero purificado.
05:39
And here we have some water.
127
327270
2152
E aqui temos alguma água.
05:41
What we're going to do
128
329446
1162
O que iremos fazer
05:42
is see if this teaspoon
of the baby diaper material
of the baby diaper material
129
330632
3011
é ver se esta colher de chá
de material de fraldas para bebés
de material de fraldas para bebés
05:45
can increase in size.
130
333667
1709
pode aumentar de volume.
05:48
You're going to see it increase in volume
by about a thousandfold
by about a thousandfold
131
336687
3696
Irão vê-lo aumentar de volume
até cerca de mil vezes o seu tamanho
até cerca de mil vezes o seu tamanho
05:52
before your very eyes.
132
340407
1286
perante os vossos olhos.
06:01
I could pour much more of this in there,
133
349597
1972
Podia adicionar bastante mais,
06:03
but I think you've got the idea
134
351593
1558
mas acho que já ficaram com a ideia
06:05
that this is a very,
very interesting molecule,
very interesting molecule,
135
353175
2502
que isto é uma molécula
muito, muito interessante.
muito, muito interessante.
06:07
and if can use it in the right way,
136
355701
1912
E se soubermos tirar partido dela,
06:09
we might be able
to really zoom in on the brain
to really zoom in on the brain
137
357637
2321
poderemos conseguir ampliar o cérebro
06:11
in a way that you can't do
with past technologies.
with past technologies.
138
359982
2594
de um modo que não é possível
com tecnologias antigas.
com tecnologias antigas.
06:15
OK. So a little bit of chemistry now.
139
363227
2054
Muito bem, um pouco de química agora.
06:17
What's going on
in the baby diaper polymer?
in the baby diaper polymer?
140
365305
2442
O que se passa com o polímero da fralda?
06:19
If you could zoom in,
141
367771
1676
Se pudessem ampliá-lo,
06:21
it might look something like
what you see on the screen.
what you see on the screen.
142
369471
2673
veriam algo como o que está no ecrã.
06:24
Polymers are chains of atoms
arranged in long, thin lines.
arranged in long, thin lines.
143
372168
4492
Os polímeros são cadeias de átomos
dispostos em linhas longas e finas.
dispostos em linhas longas e finas.
06:28
The chains are very tiny,
144
376684
1367
As cadeias são muito estreitas,
cerca da largura de uma biomolécula,
cerca da largura de uma biomolécula,
06:30
about the width of a biomolecule,
145
378075
1864
06:31
and these polymers are really dense.
146
379963
1747
e estes polímeros são muito densos.
06:33
They're separated by distances
147
381734
1500
Estão separados a distâncias
06:35
that are around the size of a biomolecule.
148
383258
2252
que são idênticas ao tamanho
de uma biomolécula.
de uma biomolécula.
06:37
This is very good
149
385534
1165
Isto é muito vantajoso
06:38
because we could potentially
move everything apart in the brain.
move everything apart in the brain.
150
386723
3041
pois desta forma poderíamos afastar
entre si as estruturas do cérebro.
entre si as estruturas do cérebro.
06:41
If we add water, what will happen is,
151
389788
1848
Se adicionarmos água, o que acontece
06:43
this swellable material
is going to absorb the water,
is going to absorb the water,
152
391660
2515
é que este material
expansível irá absorvê-la,
expansível irá absorvê-la,
as cadeias do polímero irão
afastar-se umas das outras,
afastar-se umas das outras,
06:46
the polymer chains will move
apart from each other,
apart from each other,
153
394199
2400
e todo o material irá tornar-se maior.
06:48
and the entire material
is going to become bigger.
is going to become bigger.
154
396623
2634
06:51
And because these chains are so tiny
155
399615
1814
E como as cadeias são muito estreitas
06:53
and spaced by biomolecular distances,
156
401453
2205
e espaçadas entre si
de distâncias biomoleculares,
de distâncias biomoleculares,
06:55
we could potentially blow up the brain
157
403682
2039
poderíamos expandir o cérebro
06:57
and make it big enough to see.
158
405745
1633
e torná-lo suficientemente
grande para o vermos.
grande para o vermos.
07:00
Here's the mystery, then:
159
408020
1240
Então, eis o mistério:
07:01
How do we actually make
these polymer chains inside the brain
these polymer chains inside the brain
160
409284
3610
Como criar cadeias de polímeros
dentro do cérebro
dentro do cérebro
07:04
so we can move all the biomolecules apart?
161
412918
2239
para afastarmos as biomoléculas entre si?
07:07
If we could do that,
162
415181
1151
Se o conseguíssemos fazer,
07:08
maybe we could get
ground truth maps of the brain.
ground truth maps of the brain.
163
416356
2397
talvez pudéssemos obter
mapas realistas do cérebro.
mapas realistas do cérebro.
07:10
We could look at the wiring.
164
418777
1389
Veríamos a sua conectividade.
07:12
We can peer inside
and see the molecules within.
and see the molecules within.
165
420190
3157
Poderíamos perscrutar o seu interior
e ver as moléculas lá dentro.
e ver as moléculas lá dentro.
07:15
To explain this, we made some animations
166
423925
2481
Para explicar isto, criámos umas animações
07:18
where we actually look
at, in these artist renderings,
at, in these artist renderings,
167
426430
2603
onde observamos, nessas
representações artísticas,
representações artísticas,
07:21
what biomolecules might look
like and how we might separate them.
like and how we might separate them.
168
429057
3541
como são as biomoléculas
e como as poderemos separar.
e como as poderemos separar.
07:24
Step one: what we'd have
to do, first of all,
to do, first of all,
169
432622
2549
Primeiro: o que teríamos
de fazer, antes de mais,
de fazer, antes de mais,
07:27
is attach every biomolecule,
shown in brown here,
shown in brown here,
170
435195
3389
seria ligar a cada biomolécula,
aqui representadas a castanho,
aqui representadas a castanho,
07:30
to a little anchor, a little handle.
171
438608
2159
uma pequena âncora,
uma pequena maçaneta.
uma pequena maçaneta.
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
Precisamos de afastar entre si
as moléculas do cérebro
as moléculas do cérebro
07:35
and to do that, we need
to have a little handle
to have a little handle
173
443910
2326
e, para tal, precisamos
de uma pequena maçaneta
de uma pequena maçaneta
07:38
that allows those polymers to bind to them
174
446260
2285
que permita aos polímeros
agarrarem-se a elas
agarrarem-se a elas
07:40
and to exert their force.
175
448569
1542
e aplicar a sua força.
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
Agora, se pegarmos em polímero
de fraldas e o pusermos no cérebro,
de fraldas e o pusermos no cérebro,
07:46
obviously, it's going to sit there on top.
177
454463
2037
obviamente que ficará em cima dele.
07:48
So we need to find a way
to make the polymers inside.
to make the polymers inside.
178
456524
2528
É preciso perceber como
colocar os polímeros lá dentro.
colocar os polímeros lá dentro.
07:51
And this is where we're really lucky.
179
459076
1788
E é aqui que temos sorte.
Ao que parece, podemos usar
os blocos de construção,
os blocos de construção,
07:52
It turns out, you can
get the building blocks,
get the building blocks,
180
460888
2188
07:55
monomers, as they're called,
181
463100
1372
chamados monómeros,
07:56
and if you let them go into the brain
182
464496
1784
e se os deixarmos entrar no cérebro
07:58
and then trigger the chemical reactions,
183
466304
2036
e ativar as reações químicas,
08:00
you can get them to form
those long chains,
those long chains,
184
468364
2702
podemos fazer com que formem
as tais cadeias longas,
as tais cadeias longas,
08:03
right there inside the brain tissue.
185
471090
1798
mesmo no interior do tecido cerebral.
08:05
They're going to wind their way
around biomolecules
around biomolecules
186
473325
2397
Irão serpentear à volta das biomoléculas
e entre as biomoléculas,
e entre as biomoléculas,
08:07
and between biomolecules,
187
475746
1221
08:08
forming those complex webs
188
476991
1625
formando estas redes complexas
08:10
that will allow you, eventually,
to pull apart the molecules
to pull apart the molecules
189
478640
2862
que nos irão permitir, eventualmente,
afastar as moléculas entre si.
08:13
from each other.
190
481526
1175
E de cada vez que se cruzar
com uma dessas pequenas maçanetas,
com uma dessas pequenas maçanetas,
08:14
And every time one
of those little handles is around,
of those little handles is around,
191
482725
3054
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
o polímero irá ligar-se a ela,
e é isso mesmo que nós precisamos
e é isso mesmo que nós precisamos
08:21
in order to pull the molecules
apart from each other.
apart from each other.
193
489177
2531
de modo a conseguir afastar as moléculas.
08:23
All right, the moment of truth.
194
491732
1693
Muito bem, é o momento da verdade.
08:25
We have to treat this specimen
195
493449
2148
Temos de tratar este espécime
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
com um químico, para relaxar
as ligações entre as moléculas,
as ligações entre as moléculas,
08:31
and then, when we add water,
197
499091
1836
e depois, quando adicionarmos água,
08:32
that swellable material is going
to start absorbing the water,
to start absorbing the water,
198
500951
2953
este material expansível
começará a absorvê-la,
começará a absorvê-la,
08:35
the polymer chains will move apart,
199
503928
1703
as cadeias do polímero afastar-se-ão,
08:37
but now, the biomolecules
will come along for the ride.
will come along for the ride.
200
505655
2722
mas desta vez, as biomoléculas
irão apanhar a boleia.
irão apanhar a boleia.
08:40
And much like drawing
a picture on a balloon,
a picture on a balloon,
201
508401
2164
É análogo a fazer um desenho num balão,
08:42
and then you blow up the balloon,
202
510589
1587
e depois encherem o balão de ar,
08:44
the image is the same,
203
512200
1290
a imagem é a mesma,
08:45
but the ink particles have moved
away from each other.
away from each other.
204
513514
2548
mas as partículas de tinta
afastaram-se entre si.
afastaram-se entre si.
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
E isso é o que fizemos agora,
mas em três dimensões.
mas em três dimensões.
08:51
There's one last trick.
206
519577
1999
Há um último truque.
08:53
As you can see here,
207
521600
1218
Como podem ver aqui,
08:54
we've color-coded
all the biomolecules brown.
all the biomolecules brown.
208
522842
2109
marcámos todas as biomoléculas
com a cor castanha.
com a cor castanha.
08:56
That's because they all
kind of look the same.
kind of look the same.
209
524975
2170
Isto porque elas
são todas muito parecidas.
são todas muito parecidas.
08:59
Biomolecules are made
out of the same atoms,
out of the same atoms,
210
527169
2105
São feitas dos mesmos átomos,
09:01
but just in different orders.
211
529298
2240
mas com configurações diferentes.
09:03
So we need one last thing
212
531562
1500
Então é preciso só mais uma coisa
09:05
in order to make them visible.
213
533086
1695
de modo a torná-las visíveis.
09:06
We have to bring in little tags,
214
534805
1579
Temos de pôr pequenos marcadores,
09:08
with glowing dyes
that will distinguish them.
that will distinguish them.
215
536408
3019
com tintas brilhantes
que irão permitir distingui-las.
que irão permitir distingui-las.
09:11
So one kind of biomolecule
might get a blue color.
might get a blue color.
216
539451
2673
Então, um dado tipo de biomolécula
poderá ficar azul.
poderá ficar azul.
09:14
Another kind of biomolecule
might get a red color.
might get a red color.
217
542148
2351
Outro tipo de biomolécula
poderá ficar vermelho.
poderá ficar vermelho.
09:16
And so forth.
218
544523
1276
E assim por diante.
09:17
And that's the final step.
219
545823
1552
E é esse o passo final.
09:19
Now we can look at something like a brain
220
547399
2278
Agora podemos olhar para algo
como seja um cérebro
como seja um cérebro
09:21
and look at the individual molecules,
221
549701
1796
e ver as várias moléculas,
09:23
because we've moved them
far apart enough from each other
far apart enough from each other
222
551521
2707
porque as afastámos entre si o suficiente
09:26
that we can tell them apart.
223
554252
1698
para as conseguirmos distinguir.
09:27
So the hope here is that
we can make the invisible visible.
we can make the invisible visible.
224
555974
2834
A nossa esperança é conseguir
tornar o invisível em visível.
tornar o invisível em visível.
09:30
We can turn things that might seem
small and obscure
small and obscure
225
558832
2566
Podemos alterar coisas que parecem
pequenas e obscuras,
pequenas e obscuras,
e ampliá-las até parecerem constelações
de informação sobre a vida.
de informação sobre a vida.
09:33
and blow them up
226
561422
1151
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
Aqui temos um vídeo
de como isto poderá ser.
de como isto poderá ser.
09:40
We have here a little brain in a dish --
229
568197
2371
Temos um pequeno cérebro numa placa
09:42
a little piece of a brain, actually.
230
570592
1747
— um pequeno pedaço de cérebro.
09:44
We've infused the polymer in,
231
572363
1596
Injetámos o polímero no interior,
09:45
and now we're adding water.
232
573983
1467
e agora estamos a juntar água.
09:47
What you'll see is that,
right before your eyes --
right before your eyes --
233
575474
2358
O que veem é, diante dos vossos olhos
09:49
this video is sped up about sixtyfold --
234
577856
1923
— este vídeo foi acelerado
cerca de seis vezes —
cerca de seis vezes —
09:51
this little piece of brain tissue
is going to grow.
is going to grow.
235
579803
2725
que este pequeno pedaço
de cérebro irá crescer.
de cérebro irá crescer.
09:54
It can increase by a hundredfold
or even more in volume.
or even more in volume.
236
582552
3180
Pode aumentar o volume
em cem vezes ou até mais.
em cem vezes ou até mais.
09:57
And the cool part is, because
those polymers are so tiny,
those polymers are so tiny,
237
585756
2949
E a parte fixe é que, como esses
polímeros são muito estreitos,
polímeros são muito estreitos,
10:00
we're separating biomolecules
evenly from each other.
evenly from each other.
238
588729
2559
estamos a afastar as biomoléculas
de modo uniforme.
de modo uniforme.
10:03
It's a smooth expansion.
239
591312
1658
É uma expansão suave.
10:04
We're not losing the configuration
of the information.
of the information.
240
592994
2687
Não estamos a perder
a informação sobre a configuração.
a informação sobre a configuração.
10:07
We're just making it easier to see.
241
595705
2700
Estamos apenas a torná-la mais visível.
Agora podemos pegar em
circuitos do cérebro reais
circuitos do cérebro reais
10:11
So now we can take
actual brain circuitry --
actual brain circuitry --
242
599333
2176
10:13
here's a piece of the brain
involved with, for example, memory --
involved with, for example, memory --
243
601533
3134
— eis um pedaço do cérebro
relacionado com a memória —
relacionado com a memória —
e ampliar os mesmos.
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
Podemos começar a analisar
como os circuitos estão configurados.
como os circuitos estão configurados.
10:20
Maybe someday we could read out a memory.
246
608892
1968
Talvez um dia consigamos ler uma memória.
10:22
Maybe we could actually look
at how circuits are configured
at how circuits are configured
247
610884
2779
Talvez possamos realmente analisar
a configuração dos circuitos
a configuração dos circuitos
10:25
to process emotions,
248
613687
1152
que permite processar emoções,
10:26
how the actual wiring
of our brain is organized
of our brain is organized
249
614863
2922
como é que as ligações
no cérebro estão organizadas
no cérebro estão organizadas
10:29
in order to make us who we are.
250
617809
2567
fazendo de nós quem somos.
10:32
And of course, we can pinpoint, hopefully,
251
620400
2047
E, claro, esperamos conseguir identificar
10:34
the actual problems in the brain
at a molecular level.
at a molecular level.
252
622471
3159
os verdadeiros problemas cerebrais
a um nível molecular.
a um nível molecular.
10:37
What if we could actually
look into cells in the brain
look into cells in the brain
253
625654
2569
E se fôssemos capazes
de olhar para células do cérebro
de olhar para células do cérebro
10:40
and figure out, wow, here are the 17
molecules that have altered
molecules that have altered
254
628247
3083
e perceber, uau, aqui estão
as 17 moléculas com alterações
as 17 moléculas com alterações
10:43
in this brain tissue that has been
undergoing epilepsy
undergoing epilepsy
255
631354
3455
neste tecido do cérebro
em que ocorreu epilepsia,
em que ocorreu epilepsia,
10:46
or changing in Parkinson's disease
256
634833
1650
ou que mudou com Parkinson,
10:48
or otherwise being altered?
257
636507
1517
ou que sofreu outra alteração?
10:50
If we get that systematic list
of things that are going wrong,
of things that are going wrong,
258
638048
3043
Se obtivermos uma lista sistemática
das várias coisas erradas,
das várias coisas erradas,
10:53
those become our therapeutic targets.
259
641115
2199
essas tornam-se os alvos terapêuticos.
10:55
We can build drugs that bind those.
260
643338
1677
Podemos criar fármacos para eles.
10:57
We can maybe aim energy
at different parts of the brain
at different parts of the brain
261
645039
2627
Podemos talvez enviar energia
para diferentes zonas cerebrais
para diferentes zonas cerebrais
10:59
in order to help people
with Parkinson's or epilepsy
with Parkinson's or epilepsy
262
647690
2687
ajudando pessoas com Parkinson, epilepsia
ou outras doenças que afetam
mais de mil milhões de pessoas
mais de mil milhões de pessoas
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
em todo o mundo.
11:07
Now, something interesting
has been happening.
has been happening.
265
655246
2206
Agora, algo interessante
tem estado a acontecer.
tem estado a acontecer.
11:09
It turns out that throughout biomedicine,
266
657476
2705
Acontece que na biomedicina,
11:12
there are other problems
that expansion might help with.
that expansion might help with.
267
660205
2666
há outros problemas em que
a expansão poderá ajudar.
a expansão poderá ajudar.
11:14
This is an actual biopsy
from a human breast cancer patient.
from a human breast cancer patient.
268
662895
3234
Isto é uma biópsia verdadeira
de um paciente com cancro da mama.
de um paciente com cancro da mama.
11:18
It turns out that if you look at cancers,
269
666505
2188
Ao que parece, se observarmos cancros,
11:20
if you look at the immune system,
270
668717
1611
ou o sistema imunitário,
11:22
if you look at aging,
if you look at development --
if you look at development --
271
670352
2513
ou o envelhecimento,
ou o desenvolvimento,
ou o desenvolvimento,
11:24
all these processes are involving
large-scale biological systems.
large-scale biological systems.
272
672889
4497
todos esses processos envolvem
sistemas biológicos em grande escala.
sistemas biológicos em grande escala.
11:29
But of course, the problems begin
with those little nanoscale molecules,
with those little nanoscale molecules,
273
677410
4024
Mas, claro, os problemas começam
com essas moléculas à nanoescala,
com essas moléculas à nanoescala,
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
as máquinas que permitem que as nossas
células e os nossos órgãos funcionem.
células e os nossos órgãos funcionem.
11:37
So what we're trying
to do now is to figure out
to do now is to figure out
275
685351
2222
O que estamos a tentar
fazer agora é perceber
fazer agora é perceber
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
se podemos usar esta tecnologia
para mapear os tijolos da vida
para mapear os tijolos da vida
11:43
in a wide variety of diseases.
277
691087
1745
nas mais diversas doenças.
11:44
Can we actually pinpoint
the molecular changes in a tumor
the molecular changes in a tumor
278
692856
2896
Será que podemos identificar
alterações moleculares num tumor
alterações moleculares num tumor
11:47
so that we can actually
go after it in a smart way
go after it in a smart way
279
695776
2369
de modo a atuar sobre ele
de modo inteligente
de modo inteligente
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
e criar fármacos que possam eliminar
exatamente as células que queremos?
exatamente as células que queremos?
11:54
You know, a lot of medicine
is very high risk.
is very high risk.
281
702137
2335
Sabem, muito da medicina
tem um risco elevado.
tem um risco elevado.
11:56
Sometimes, it's even guesswork.
282
704496
1782
Por vezes, são somente conjeturas.
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
Tenho esperança que possamos transformar
uma tentativa arriscada de "ida à Lua"
uma tentativa arriscada de "ida à Lua"
12:02
into something that's more reliable.
284
710525
1769
em algo mais fiável.
12:04
If you think about the original moon shot,
285
712318
2055
Se pensarem na ida à Lua original,
12:06
where they actually landed on the moon,
286
714397
1898
a aterragem na Lua
teve uma base científica sólida.
12:08
it was based on solid science.
287
716319
1444
12:09
We understood gravity;
288
717787
1603
Nós percebíamos de gravidade,
12:11
we understood aerodynamics.
289
719414
1341
percebíamos de aerodinâmica.
12:12
We knew how to build rockets.
290
720779
1395
Sabíamos construir foguetões.
12:14
The science risk was under control.
291
722198
2468
O risco científico estava controlado.
12:16
It was still a great, great
feat of engineering.
feat of engineering.
292
724690
2753
Ainda assim foi uma conquista
bastante grande da engenharia.
bastante grande da engenharia.
12:19
But in medicine, we don't
necessarily have all the laws.
necessarily have all the laws.
293
727467
2645
Mas em medicina não temos
propriamente todas as leis.
propriamente todas as leis.
12:22
Do we have all the laws
that are analogous to gravity,
that are analogous to gravity,
294
730136
3109
Teremos leis análogas à gravidade,
12:25
that are analogous to aerodynamics?
295
733269
2344
leis análogas à aerodinâmica?
12:27
I would argue that with technologies
296
735637
1730
Eu diria que com tecnologias
como estas de que falei hoje
como estas de que falei hoje
12:29
like the kinds I'm talking about today,
297
737391
1872
12:31
maybe we can actually derive those.
298
739287
1693
talvez possamos derivar essas leis.
12:33
We can map the patterns
that occur in living systems,
that occur in living systems,
299
741004
2857
Podemos mapear os padrões
que ocorrem em seres vivos,
que ocorrem em seres vivos,
12:35
and figure out how to overcome
the diseases that plague us.
the diseases that plague us.
300
743885
4558
e descobrir como vencer
as doenças que nos atingem.
as doenças que nos atingem.
A minha mulher e eu
temos dois filhos jovens,
temos dois filhos jovens,
12:41
You know, my wife and I
have two young kids,
have two young kids,
301
749499
2079
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
e tenho esperança, como bioengenheiro,
de tornar a vida deles melhor
de tornar a vida deles melhor
12:46
than it currently is for us.
303
754860
1729
do que a que nós temos agora.
12:48
And my hope is, if we can
turn biology and medicine
turn biology and medicine
304
756613
3730
E tenho esperança que, se pudermos
mudar a biologia e a medicina,
mudar a biologia e a medicina,
12:52
from these high-risk endeavors
that are governed by chance and luck,
that are governed by chance and luck,
305
760367
4357
de empreendimentos de alto risco,
governados pela sorte,
governados pela sorte,
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
para vitórias que atingimos
com conhecimento e trabalho árduo,
com conhecimento e trabalho árduo,
13:00
then that would be a great advance.
307
768699
1898
então isso seria um grande avanço.
13:02
Thank you very much.
308
770621
1206
Muito obrigado.
13:03
(Applause)
309
771851
10383
(Aplausos)
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