TED2012
Carl Schoonover: How to look inside the brain
Карл Шуновер: Как заглянуть внутрь мозга
Filmed:
Readability: 4.8
962,022 views
Мы знаем о выдающихся достижениях в изучении мозга, но как на практике изучают нейроны внутри него? Используя восхитительные иллюстрации, нейроанатом и стипендиат программы TED Fellows Карл Шуновер рассказывает об инструментах, которые позволяют заглянуть внутрь нашего мозга.
Carl Schoonover - Neuroscience PhD student + writer
Carl Schoonover is a neuroscientist and one of the founders of NeuWrite, a collaboration between writers and neuroscientist. Full bio
Carl Schoonover is a neuroscientist and one of the founders of NeuWrite, a collaboration between writers and neuroscientist. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:16
This is a thousand-year-old drawing of the brain.
0
359
3996
Вот схема мозга человека, которой тысяча лет.
00:20
It's a diagram of the visual system.
1
4355
1912
Это диаграмма зрительной системы.
00:22
And some things look very familiar today.
2
6267
2750
И сегодня некоторые детали хорошо узнаваемы.
00:24
Two eyes at the bottom, optic nerve flowing out from the back.
3
9017
4367
Два глаза в нижней части, оптический нерв, выходящий сзади.
00:29
There's a very large nose
4
13384
2120
Очень большой нос, который, судя по всему,
00:31
that doesn't seem to be connected to anything in particular.
5
15504
3317
ни с чем особенно не связан.
00:34
And if we compare this
6
18821
1700
И если мы сравним это
00:36
to more recent representations of the visual system,
7
20521
2074
с современными представлениями о зрительной системе,
00:38
you'll see that things have gotten substantially more complicated
8
22595
2957
то увидим, что всё стало намного сложнее
00:41
over the intervening thousand years.
9
25552
1573
за прошедшую тысячу лет.
00:43
And that's because today we can see what's inside of the brain,
10
27125
2965
И это потому, что сегодня мы способны заглянуть внутрь мозга,
00:45
rather than just looking at its overall shape.
11
30090
2481
а не просто наблюдать его извне.
00:48
Imagine you wanted to understand how a computer works
12
32571
3979
Представьте себе, что вы бы попытались разобраться, как работает компьютер,
00:52
and all you could see was a keyboard, a mouse, a screen.
13
36550
3179
получив возможность рассмотреть только клавиатуру, мышку и дисплей.
00:55
You really would be kind of out of luck.
14
39729
2396
У вас бы ничего не получилось.
00:58
You want to be able to open it up, crack it open,
15
42125
2042
Вы бы захотели открыть его, разобрать,
01:00
look at the wiring inside.
16
44167
1844
чтобы увидеть всю эту проводку внутри.
01:01
And up until a little more than a century ago,
17
46011
1864
И ещё чуть более чем сто лет назад,
01:03
nobody was able to do that with the brain.
18
47875
2000
никто не мог сделать это с мозгом.
01:05
Nobody had had a glimpse of the brain's wiring.
19
49875
1880
Никому не удавалось увидеть «проводку» внутри мозга.
01:07
And that's because if you take a brain out of the skull
20
51755
2952
И это потому, что если извлечь мозг из черепа,
01:10
and you cut a thin slice of it,
21
54707
1689
препарировать тончайший срез
01:12
put it under even a very powerful microscope,
22
56396
2498
и поместить его даже под очень мощный микроскоп,
01:14
there's nothing there.
23
58894
1181
вы ничего не увидите.
01:15
It's gray, formless.
24
60075
1613
Просто серую, бесформенную массу.
01:17
There's no structure. It won't tell you anything.
25
61688
2604
Никакой структуры, по которой можно что-то понять.
01:20
And this all changed in the late 19th century.
26
64292
2854
И эта ситуация изменилась в конце 19-го века.
01:23
Suddenly, new chemical stains for brain tissue were developed
27
67146
3875
Внезапно были разработаны новые методы окрашивания нервной ткани,
01:26
and they gave us our first glimpses at brain wiring.
28
71021
2812
которые позволили нам взглянуть внутрь мозга.
01:29
The computer was cracked open.
29
73833
2013
Компьютер был взломан.
01:31
So what really launched modern neuroscience
30
75846
2856
To, что в действительности положило начало современной нейробиологии —
01:34
was a stain called the Golgi stain.
31
78702
1965
это окрашивание по методу Голджи.
01:36
And it works in a very particular way.
32
80667
1881
Его механизм очень специфичен.
01:38
Instead of staining all of the cells inside of a tissue,
33
82548
3110
Вместо окраски всех клеток ткани
01:41
it somehow only stains about one percent of them.
34
85658
3032
он каким-то образом окрашивает около одного процента.
01:44
It clears the forest, reveals the trees inside.
35
88690
3342
Он расчищает лес, позволяя разглядеть отдельные деревья.
01:47
If everything had been labeled, nothing would have been visible.
36
92032
2672
Если окрасить все, то ничего не было бы видно.
01:50
So somehow it shows what's there.
37
94704
2046
А так можно увидеть, что внутри.
01:52
Spanish neuroanatomist Santiago Ramon y Cajal,
38
96750
2667
Испанский нейроанатом Сантьяго Рамон-и-Кахаль,
01:55
who's widely considered the father of modern neuroscience,
39
99417
2845
который считается отцом современной нейробиологии,
01:58
applied this Golgi stain, which yields data which looks like this,
40
102262
3897
использовал окрашивание Гольджи и получил вот такие результаты,
02:02
and really gave us the modern notion of the nerve cell, the neuron.
41
106159
3758
введя современное понятие о клетке нервной ткани — нейроне.
02:05
And if you're thinking of the brain as a computer,
42
109917
2614
И если представить, что мозг это компьютер,
02:08
this is the transistor.
43
112531
2011
то это транзистор.
02:10
And very quickly Cajal realized
44
114542
2075
И вскоре Кахаль понял,
02:12
that neurons don't operate alone,
45
116617
2337
что нейроны не работают поодиночке,
02:14
but rather make connections with others
46
118954
1838
а связываются с другими нейронами,
02:16
that form circuits just like in a computer.
47
120792
2506
формируя электроцепи, совсем как в компьютерах.
02:19
Today, a century later, when researchers want to visualize neurons,
48
123298
3391
В наши дни, сто лет спустя, чтобы увидеть нейроны,
02:22
they light them up from the inside rather than darkening them.
49
126689
2767
исследователи вместо окрашивания подсвечивают их изнутри.
02:25
And there's several ways of doing this.
50
129456
1150
И для этого есть несколько способов.
02:26
But one of the most popular ones
51
130606
1727
Один из самых популярных
02:28
involves green fluorescent protein.
52
132333
2092
использует флуоресцентный белок.
02:30
Now green fluorescent protein,
53
134425
1659
Зелёный флуоресцентный белок,
02:31
which oddly enough comes from a bioluminescent jellyfish,
54
136084
3145
который добывают из биолюминесцентных медуз,
02:35
is very useful.
55
139229
1238
оказался очень полезным.
02:36
Because if you can get the gene for green fluorescent protein
56
140467
2638
Если выделить ген зелёного флуоресцентного белка
02:39
and deliver it to a cell,
57
143105
1675
и ввести его в клетку,
02:40
that cell will glow green --
58
144780
1747
она начинает светиться зелёным светом;
02:42
or any of the many variants now of green fluorescent protein,
59
146527
3746
сегодня есть множество вариантов флуоресцентного протеина,
02:46
you get a cell to glow many different colors.
60
150273
1664
так, что можно получить свечение разных цветов.
02:47
And so coming back to the brain,
61
151937
1521
Вернёмся к мозгу — вот генетически модифицированный
02:49
this is from a genetically engineered mouse called "Brainbow."
62
153458
3800
мозг мыши под названием «нейрорадуга».
02:53
And it's so called, of course,
63
157258
1550
Конечно же, его название обусловлено тем,
02:54
because all of these neurons are glowing different colors.
64
158808
3612
что нейроны светятся разными цветами.
02:58
Now sometimes neuroscientists need to identify
65
162420
3451
Иногда нейробиологам требуется распознать
03:01
individual molecular components of neurons, molecules,
66
165871
3044
отдельные молекулы внутри нейронов, молекулы,
03:04
rather than the entire cell.
67
168915
1798
а не всю клетку.
03:06
And there's several ways of doing this,
68
170713
1706
Для этого существует несколько способов,
03:08
but one of the most popular ones
69
172419
1469
из которых самый популярный
03:09
involves using antibodies.
70
173888
2195
использует антитела.
03:11
And you're familiar, of course,
71
176083
1337
Вы, конечно же, знакомы
03:13
with antibodies as the henchmen of the immune system.
72
177420
2951
с антителами, как с оруженосцами иммунной системы.
03:16
But it turns out that they're so useful to the immune system
73
180371
2418
Механизм их защитного действия заключается
03:18
because they can recognize specific molecules,
74
182789
2550
в способности распознавать определённые молекулы,
03:21
like, for example, the code protein
75
185339
2119
такие, к примеру, как белковый код вируса,
03:23
of a virus that's invading the body.
76
187458
2388
поражающего организм.
03:25
And researchers have used this fact
77
189846
2045
Исследователи использовали этот факт
03:27
in order to recognize specific molecules inside of the brain,
78
191891
4325
для распознавания отдельных молекул внутри мозга,
03:32
recognize specific substructures of the cell
79
196216
2640
чтобы распознать определённые подсистемы клеток
03:34
and identify them individually.
80
198856
2244
и идентифицировать их по отдельности.
03:37
And a lot of the images I've been showing you here are very beautiful,
81
201100
3025
Это изображения, которые я вам показал, поражающе красивы
03:40
but they're also very powerful.
82
204125
1906
и в то же время очень важны́.
03:41
They have great explanatory power.
83
206031
1636
Они обладают огромной пояснительной силой.
03:43
This, for example, is an antibody staining
84
207667
2090
Вот, к примеру, окрашенные антителами
03:45
against serotonin transporters in a slice of mouse brain.
85
209757
3520
нейротрансмиттеры серотонина в срезе мозга мыши.
03:49
And you've heard of serotonin, of course,
86
213277
1681
Вы, конечно же, слышали о серотонине
03:50
in the context of diseases like depression and anxiety.
87
214958
2827
в контексте таких болезней, как депрессии и неврозы.
03:53
You've heard of SSRIs,
88
217785
1408
Вы слышали об антидепрессантах — лекарствах,
03:55
which are drugs that are used to treat these diseases.
89
219193
2897
используемых для лечения этих болезней.
03:57
And in order to understand how serotonin works,
90
222090
2890
И для того, чтобы понять механизмы действия серотонина,
04:00
it's critical to understand where the serontonin machinery is.
91
224980
3076
критически важно знать местонахождение этих механизмов.
04:03
And antibody stainings like this one
92
228056
1596
И вот такое окрашивание антителами, как это,
04:05
can be used to understand that sort of question.
93
229652
3546
может быть использовано для ответа на подобные вопросы.
04:09
I'd like to leave you with the following thought:
94
233198
2558
Я бы хотел закончить, оставив вам такую информацию к размышлению:
04:11
Green fluorescent protein and antibodies
95
235756
2610
Зелёный флуоресцентный белок и антитела
04:14
are both totally natural products at the get-go.
96
238366
3007
с самого начала были полностью натуральными продуктами.
04:17
They were evolved by nature
97
241373
2779
Их использовала природа, для того, чтобы медузы
04:20
in order to get a jellyfish to glow green for whatever reason,
98
244152
2567
светились зелёным светом, не важно по каким причинам,
04:22
or in order to detect the code protein of an invading virus, for example.
99
246719
4383
или для того, чтобы распознавать белковый код вирусной инфекции.
04:27
And only much later did scientists come onto the scene
100
251102
3017
И только много позже появились учёные,
04:30
and say, "Hey, these are tools,
101
254119
2023
и сказали: «Ага, вот эти инструменты,
04:32
these are functions that we could use
102
256142
2113
эти механизмы, которыми мы могли бы воспользоваться
04:34
in our own research tool palette."
103
258255
2008
в нашем исследовательском инструментарии».
04:36
And instead of applying feeble human minds
104
260263
3628
Вместо того чтобы с помощью ограниченных возможностей человека
04:39
to designing these tools from scratch,
105
263891
1884
разрабатывать эти инструменты с нуля,
04:41
there were these ready-made solutions right out there in nature
106
265775
2904
были использованы готовые решения, созданные природой,
04:44
developed and refined steadily for millions of years
107
268679
3236
улучшенные и отшлифованные в течение миллионов лет
04:47
by the greatest engineer of all.
108
271915
1700
этим самым великим инженером всех времён.
04:49
Thank you.
109
273615
1262
Спасибо.
04:50
(Applause)
110
274877
2538
(Аплодисменты)
ABOUT THE SPEAKER
Carl Schoonover - Neuroscience PhD student + writerCarl Schoonover is a neuroscientist and one of the founders of NeuWrite, a collaboration between writers and neuroscientist.
Why you should listen
Carl is a neuroscience PhD candidate at Columbia University, where he works on microanatomy and electrophysiology of rodent somatosensory cortex. He the author of Portraits of the Mind: Visualizing the Brain from Antiquity to the 21st Century, and has written for the New York Times, Le Figaro, the Huffington Post, Science, Scientific American, Design Observer, and Boing Boing. In 2008 he cofounded NeuWrite, a collaborative working group for scientists, writers, and those in between. He hosts a radio show on WkCR 89.9FM, which focuses on opera and classical music, and their relationship to the brain.
Carl Schoonover | Speaker | TED.com