TEDSummit
Ed Boyden: A new way to study the brain's invisible secrets
Эд Бойден: Как детские подгузники помогли найти новый способ изучения мозга
Filmed:
Readability: 4
1,501,957 views
Нейроинженер Эд Бойден хочет знать, как крошечные биомолекулы в нашем мозге вызывают эмоции, мысли и чувства. Он хочет обнаружить молекулярные изменения, которые приводят к таким расстройствам, как эпилепсия и болезнь Альцгеймера. Вместо того, чтобы рассматривать эти мельчайшие структуры через увеличительное стекло микроскопа, он задаётся вопросом: «Что, если мы увеличим их самих, чтобы лучше всё разглядеть?» Узнайте, как набухающие полимеры, которые используются при изготовлении детских подгузников, могут стать ключом к пониманию нашего мозга.
Ed Boyden - Neuroengineer
Ed Boyden is a professor of biological engineering and brain and cognitive sciences at the MIT Media Lab and the MIT McGovern Institute. Full bio
Ed Boyden is a professor of biological engineering and brain and cognitive sciences at the MIT Media Lab and the MIT McGovern Institute. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:12
Hello, everybody.
0
904
1405
Всем привет.
00:14
I brought with me today a baby diaper.
1
2333
2643
Я пришёл сегодня с детским подгузником,
00:18
You'll see why in a second.
2
6793
1722
и вы скоро поймёте почему.
00:20
Baby diapers have interesting properties.
3
8539
2010
У подгузников есть интересное свойство:
00:22
They can swell enormously
when you add water to them,
when you add water to them,
4
10573
2691
они могут сильно набухать
при добавлении воды.
при добавлении воды.
00:25
an experiment done
by millions of kids every day.
by millions of kids every day.
5
13288
2984
Этот эксперимент
миллионы детей проводят ежедневно.
миллионы детей проводят ежедневно.
00:28
(Laughter)
6
16296
1150
(Смех)
00:29
But the reason why
7
17470
1494
Причина в том,
00:30
is that they're designed
in a very clever way.
in a very clever way.
8
18988
2190
что они разработаны очень по-умному.
00:33
They're made out of a thing
called a swellable material.
called a swellable material.
9
21202
2635
Они сделаны из так называемого
набухающего материала.
набухающего материала.
00:35
It's a special kind of material that,
when you add water,
when you add water,
10
23861
2737
Это особый вид материала,
который при добавлении воды
который при добавлении воды
набухает, увеличиваясь в объёме
00:38
it will swell up enormously,
11
26622
1430
00:40
maybe a thousand times in volume.
12
28076
2166
примерно в тысячу раз.
00:42
And this is a very useful,
industrial kind of polymer.
industrial kind of polymer.
13
30266
3236
Этот промышленный вид полимера
имеет широкое применение.
имеет широкое применение.
00:45
But what we're trying to do
in my group at MIT
in my group at MIT
14
33819
2526
Наша группа в MIT пытается выяснить,
00:48
is to figure out if we can do
something similar to the brain.
something similar to the brain.
15
36369
3213
можем ли мы сделать
что-то подобное с мозгом.
что-то подобное с мозгом.
00:51
Can we make it bigger,
16
39606
1159
Можем ли мы увеличить его так,
00:52
big enough that you
can peer inside
can peer inside
17
40789
1678
что сможем разглядеть
00:54
and see all the tiny building blocks,
the biomolecules,
the biomolecules,
18
42481
2628
мельчайшие строительные блоки,
биомолекулы,
биомолекулы,
00:57
how they're organized in three dimensions,
19
45133
2151
и их трёхмерную структуру,
00:59
the structure, the ground truth
structure of the brain, if you will?
structure of the brain, if you will?
20
47308
3485
собрать данные о структуре мозга,
если можно так сказать?
если можно так сказать?
01:02
If we could get that,
21
50817
1158
Если бы нам это удалось,
01:03
maybe we could have a better understanding
of how the brain is organized
of how the brain is organized
22
51999
3509
может, мы бы лучше поняли,
как устроен наш мозг,
как устроен наш мозг,
01:07
to yield thoughts and emotions
23
55532
1659
как в нём рождаются мысли, эмоции,
01:09
and actions and sensations.
24
57215
1719
действия и ощущения.
01:10
Maybe we could try to pinpoint
the exact changes in the brain
the exact changes in the brain
25
58958
3415
Может, мы бы смогли определить,
какие именно изменения в мозге
какие именно изменения в мозге
01:14
that result in diseases,
26
62397
1776
приводят к таким заболеваниям,
01:16
diseases like Alzheimer's
and epilepsy and Parkinson's,
and epilepsy and Parkinson's,
27
64197
3212
как болезнь Альцгеймера,
эпилепсия или болезнь Паркинсона,
эпилепсия или болезнь Паркинсона,
01:19
for which there are few
treatments, much less cures,
treatments, much less cures,
28
67433
2578
для которых у нас всего несколько
вариантов лечения и лекарств,
вариантов лечения и лекарств,
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
и зачастую мы не понимаем
причин или истоков болезни,
причин или истоков болезни,
01:25
and what's really causing them to occur.
30
73676
2135
не знаем, чем она вызвана.
01:28
Now, our group at MIT
31
76613
1740
Сейчас наша группа в MIT
01:30
is trying to take
a different point of view
a different point of view
32
78377
2686
пытается пересмотреть точку зрения,
01:33
from the way neuroscience has
been done over the last hundred years.
been done over the last hundred years.
33
81087
3230
главенствовавшую в нейробиологии
на протяжении последних ста лет.
на протяжении последних ста лет.
01:36
We're designers. We're inventors.
34
84341
1579
Мы дизайнеры. Мы изобретатели.
01:37
We're trying to figure out
how to build technologies
how to build technologies
35
85944
2544
Мы пытаемся выяснить,
как создать технологии,
как создать технологии,
01:40
that let us look at and repair the brain.
36
88512
2456
которые позволят нам
изучать и восстанавливать мозг.
изучать и восстанавливать мозг.
01:42
And the reason is,
37
90992
1151
А причина в том,
01:44
the brain is incredibly,
incredibly complicated.
incredibly complicated.
38
92167
2801
что мозг невероятно, невероятно сложен.
01:47
So what we've learned
over the first century of neuroscience
over the first century of neuroscience
39
95484
2887
Итак, за первый век нейробиологии
мы узнали,
мы узнали,
01:50
is that the brain is a very
complicated network,
complicated network,
40
98395
2303
что мозг представляет собой
очень сложную сеть,
очень сложную сеть,
01:52
made out of very specialized
cells called neurons
cells called neurons
41
100722
2480
состоящую из называемых нейронами
особых клеток
особых клеток
01:55
with very complex geometries,
42
103226
1667
с очень сложной геометрией
01:56
and electrical currents will flow
through these complexly shaped neurons.
through these complexly shaped neurons.
43
104917
4237
и электрическими токами, проходящими
через сложные по форме нейроны.
через сложные по форме нейроны.
02:01
Furthermore, neurons
are connected in networks.
are connected in networks.
44
109653
2784
Эти нейроны объединяются в сети:
02:04
They're connected by little junctions
called synapses that exchange chemicals
called synapses that exchange chemicals
45
112461
3835
нейроны соединены перемычками, синапсами,
которые передают химические вещества,
которые передают химические вещества,
02:08
and allow the neurons
to talk to each other.
to talk to each other.
46
116320
2218
позволяя нейронам «общаться».
02:10
The density of the brain is incredible.
47
118562
1940
Их концентрация в мозге невероятна.
02:12
In a cubic millimeter of your brain,
48
120526
2307
В кубическом миллиметре вашего мозга
02:14
there are about 100,000 of these neurons
49
122857
2457
около 100 000 таких нейронов
02:17
and maybe a billion of those connections.
50
125338
2517
и, возможно, миллиард подобных соединений.
02:20
But it's worse.
51
128887
1382
Но это ещё не всё.
02:22
So, if you could zoom in to a neuron,
52
130293
2305
Если бы мы могли увеличить нейрон, —
02:24
and, of course, this is just
our artist's rendition of it.
our artist's rendition of it.
53
132622
2750
тут, конечно, показано ви́дение
нашего художника, —
нашего художника, —
02:27
What you would see are thousands
and thousands of kinds of biomolecules,
and thousands of kinds of biomolecules,
54
135396
4207
вы бы увидели тысячи и тысячи
разных видов биомолекул,
разных видов биомолекул,
02:31
little nanoscale machines
organized in complex, 3D patterns,
organized in complex, 3D patterns,
55
139627
4400
наноразмерных машин,
организованных в сложные 3D-модели.
организованных в сложные 3D-модели.
02:36
and together they mediate
those electrical pulses,
those electrical pulses,
56
144051
2628
Вместе они преобразовывают
электрические импульсы
электрические импульсы
02:38
those chemical exchanges
that allow neurons to work together
that allow neurons to work together
57
146703
3937
и проводят химические обмены,
позволяющие нейронам вместе работать
позволяющие нейронам вместе работать
02:42
to generate things like thoughts
and feelings and so forth.
and feelings and so forth.
58
150664
3669
и генерировать, например,
мысли, чувства и так далее.
мысли, чувства и так далее.
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
Сейчас мы точно не знаем,
как организованы нейроны в мозге,
как организованы нейроны в мозге,
02:50
to form networks,
60
158145
1174
как они формируют сети,
02:51
and we don't know how
the biomolecules are organized
the biomolecules are organized
61
159343
2500
и мы не знаем,
как биомолекулы организованы
как биомолекулы организованы
02:53
within neurons
62
161867
1174
в нейронах
02:55
to form these complex, organized machines.
63
163065
2405
и как они формируют эти
сложноорганизованные машины.
сложноорганизованные машины.
02:57
If we really want to understand this,
64
165918
1820
Если мы хотим это понять,
02:59
we're going to need new technologies.
65
167762
1817
нам нужны новые технологии.
03:01
But if we could get such maps,
66
169603
1784
Если бы мы получили карту мозга,
03:03
if we could look at the organization
of molecules and neurons
of molecules and neurons
67
171411
2943
если бы мы взглянули
на организацию молекул и нейронов,
на организацию молекул и нейронов,
03:06
and neurons and networks,
68
174378
1566
нейронов и сетей,
03:07
maybe we could really understand
how the brain conducts information
how the brain conducts information
69
175968
3437
возможно, мы бы смогли понять,
как мозг передаёт информацию
как мозг передаёт информацию
03:11
from sensory regions,
70
179429
1167
из сенсорных областей,
03:12
mixes it with emotion and feeling,
71
180620
1736
смешивает её с эмоциями и чувствами
03:14
and generates our decisions and actions.
72
182380
2394
и формирует наши решения и действия.
03:17
Maybe we could pinpoint the exact set
of molecular changes that occur
of molecular changes that occur
73
185131
3789
Возможно, мы бы определили набор
молекулярных изменений, происходящих
молекулярных изменений, происходящих
03:20
in a brain disorder.
74
188944
1202
при болезни мозга.
03:22
And once we know how
those molecules have changed,
those molecules have changed,
75
190170
2822
Если бы мы знали,
как изменяются эти молекулы, —
как изменяются эти молекулы, —
03:25
whether they've increased in number
or changed in pattern,
or changed in pattern,
76
193016
2780
растёт ли их число
или меняется структура, —
или меняется структура, —
03:27
we could use those
as targets for new drugs,
as targets for new drugs,
77
195820
2939
мы бы использовали эти данные
для создания новых лекарств
для создания новых лекарств
03:30
for new ways of delivering
energy into the brain
energy into the brain
78
198783
2271
и новых путей доставки энергии в мозг,
03:33
in order to repair the brain
computations that are afflicted
computations that are afflicted
79
201078
3880
чтобы восстановить
функции мозга у пациентов,
функции мозга у пациентов,
03:36
in patients who suffer
from brain disorders.
from brain disorders.
80
204982
2299
страдающих от заболеваний мозга.
03:39
We've all seen lots of different
technologies over the last century
technologies over the last century
81
207793
3243
За последние сто лет
появилось много разных технологий,
появилось много разных технологий,
03:43
to try to confront this.
82
211060
1166
противостоящих этим болезням.
03:44
I think we've all seen brain scans
83
212250
1880
Я думаю, все видели снимки мозга,
03:46
taken using MRI machines.
84
214154
2034
сделанные с помощью аппарата МРТ.
03:48
These, of course, have the great power
that they are noninvasive,
that they are noninvasive,
85
216212
3347
Их достоинство в том, что они неинвазивны
03:51
they can be used on living human subjects.
86
219583
2355
и их можно применять на живых людях.
03:54
But also, they're spatially crude.
87
222407
2231
Но, увы, они пространственно не точны.
03:56
Each of these blobs that you see,
or voxels, as they're called,
or voxels, as they're called,
88
224662
2990
Каждый из этих сгустков,
так называемых вокселей,
так называемых вокселей,
03:59
can contain millions
and millions of neurons.
and millions of neurons.
89
227676
2689
может содержать миллионы
и миллионы нейронов.
и миллионы нейронов.
04:02
So it's not at the level of resolution
90
230389
1850
Так что это не тот уровень разрешения,
04:04
where it can pinpoint
the molecular changes that occur
the molecular changes that occur
91
232263
2538
где можно точно определить
молекулярные изменения
молекулярные изменения
04:06
or the changes in the wiring
of these networks
of these networks
92
234825
2286
или изменения в проводимости этих сетей,
04:09
that contributes to our ability
to be conscious and powerful beings.
to be conscious and powerful beings.
93
237135
3946
которые делают нас сознательными
и могущественными существами.
и могущественными существами.
04:13
At the other extreme,
you have microscopes.
you have microscopes.
94
241797
3181
С другой стороны, у нас есть микроскопы.
04:17
Microscopes, of course, will use light
to look at little tiny things.
to look at little tiny things.
95
245002
3295
Микроскопам необходим свет,
чтобы изучать мельчайшие частицы.
чтобы изучать мельчайшие частицы.
04:20
For centuries, they've been used
to look at things like bacteria.
to look at things like bacteria.
96
248321
3075
Веками мы пользовались
микроскопами для изучения бактерий.
микроскопами для изучения бактерий.
04:23
For neuroscience,
97
251420
1151
В нейробиологии
04:24
microscopes are actually how neurons
were discovered in the first place,
were discovered in the first place,
98
252595
3412
нейроны были впервые обнаружены
именно с помощью микроскопов
именно с помощью микроскопов
04:28
about 130 years ago.
99
256031
1292
около 130 лет назад.
04:29
But light is fundamentally limited.
100
257347
2318
Но освещённость принципиально ограничена:
04:31
You can't see individual molecules
with a regular old microscope.
with a regular old microscope.
101
259689
3298
под обычным микроскопом
нельзя изучать отдельные молекулы
нельзя изучать отдельные молекулы
04:35
You can't look at these tiny connections.
102
263011
2152
или исследовать мельчайшие соединения.
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
Так что, если мы хотим улучшить
возможности по изучению мозга,
возможности по изучению мозга,
04:41
to get down to the ground truth structure,
104
269153
2168
дойти до сáмой его структуры,
04:43
we're going to need to have
even better technologies.
even better technologies.
105
271345
3280
нам необходимо создать
более продвинутые технологии.
более продвинутые технологии.
04:47
My group, a couple years ago,
started thinking:
started thinking:
106
275611
2224
Моя группа пару лет назад задумалась,
04:49
Why don't we do the opposite?
107
277859
1412
почему бы не сделать наоборот?
04:51
If it's so darn complicated
to zoom in to the brain,
to zoom in to the brain,
108
279295
2461
Если так сложно увеличить
изображение мозга,
изображение мозга,
04:53
why can't we make the brain bigger?
109
281780
1943
почему бы не сделать сам мозг больше?
04:56
It initially started
110
284166
1155
Всё началось
04:57
with two grad students in my group,
Fei Chen and Paul Tillberg.
Fei Chen and Paul Tillberg.
111
285345
2996
с двух студентов в моей группе,
Фейя Ченя и Пола Тилберга.
Фейя Ченя и Пола Тилберга.
05:00
Now many others in my group
are helping with this process.
are helping with this process.
112
288365
2720
Теперь и другие студенты
присоединились к процессу.
присоединились к процессу.
05:03
We decided to try to figure out
if we could take polymers,
if we could take polymers,
113
291109
2762
Мы решили выяснить, что будет,
если взять полимеры,
если взять полимеры,
05:05
like the stuff in the baby diaper,
114
293895
1629
как в детских подгузниках,
05:07
and install it physically
within the brain.
within the brain.
115
295548
2006
и поместить их в мозг.
05:09
If we could do it just right,
and you add water,
and you add water,
116
297578
2241
Если сделать всё правильно
и добавить воду,
и добавить воду,
05:11
you can potentially blow the brain up
117
299843
1835
можно увеличить мозг до такого размера,
05:13
to where you could distinguish
those tiny biomolecules from each other.
those tiny biomolecules from each other.
118
301702
3377
чтобы можно было различать
эти крошечные биомолекулы.
эти крошечные биомолекулы.
05:17
You would see those connections
and get maps of the brain.
and get maps of the brain.
119
305103
2870
Тогда мы сможем изучить их соединения
и получить карты мозга.
и получить карты мозга.
05:19
This could potentially be quite dramatic.
120
307997
1988
Это может стать сенсацией.
Мы принесли сюда образец.
05:22
We brought a little demo here.
121
310009
3008
05:25
We got some purified baby diaper material.
122
313538
2575
Мы извлекли немного
очищенного полимера из подгузника.
очищенного полимера из подгузника.
05:28
It's much easier
just to buy it off the Internet
just to buy it off the Internet
123
316137
2274
Гораздо проще купить его в Интернете,
05:30
than to extract the few grains
that actually occur in these diapers.
that actually occur in these diapers.
124
318435
3475
чем достать несколько гранул
из подгузника.
из подгузника.
05:33
I'm going to put just one teaspoon here
125
321934
2225
Я положу сюда всего одну чайную ложку
05:36
of this purified polymer.
126
324706
1794
очищенного полимера.
05:39
And here we have some water.
127
327270
2152
У нас есть немного воды.
05:41
What we're going to do
128
329446
1162
Сейчас мы посмотрим,
05:42
is see if this teaspoon
of the baby diaper material
of the baby diaper material
129
330632
3011
увеличится ли полимер из подгузника
05:45
can increase in size.
130
333667
1709
в размере.
05:48
You're going to see it increase in volume
by about a thousandfold
by about a thousandfold
131
336687
3696
Вы увидите, как объём увеличится
примерно в тысячу раз
примерно в тысячу раз
05:52
before your very eyes.
132
340407
1286
прямо на ваших глазах.
06:01
I could pour much more of this in there,
133
349597
1972
Я бы мог налить гораздо больше воды,
06:03
but I think you've got the idea
134
351593
1558
но думаю, что вы уже поняли,
06:05
that this is a very,
very interesting molecule,
very interesting molecule,
135
353175
2502
что это очень интересная молекула
06:07
and if can use it in the right way,
136
355701
1912
и если её использовать правильно,
06:09
we might be able
to really zoom in on the brain
to really zoom in on the brain
137
357637
2321
мы сможем увеличить мозг,
06:11
in a way that you can't do
with past technologies.
with past technologies.
138
359982
2594
что было невозможно
с прошлыми технологиями.
с прошлыми технологиями.
06:15
OK. So a little bit of chemistry now.
139
363227
2054
OK. Теперь немного химии.
06:17
What's going on
in the baby diaper polymer?
in the baby diaper polymer?
140
365305
2442
Что происходит с полимером из подгузника?
06:19
If you could zoom in,
141
367771
1676
Если посмотреть под увеличением,
06:21
it might look something like
what you see on the screen.
what you see on the screen.
142
369471
2673
это бы выглядело, примерно как на экране.
06:24
Polymers are chains of atoms
arranged in long, thin lines.
arranged in long, thin lines.
143
372168
4492
Полимеры — это цепочки атомов,
выстроенные в длинные тонкие линии.
выстроенные в длинные тонкие линии.
06:28
The chains are very tiny,
144
376684
1367
Эти цепочки крошечные,
06:30
about the width of a biomolecule,
145
378075
1864
шириной примерно с биомолекулу,
06:31
and these polymers are really dense.
146
379963
1747
и плотность полимеров очень высока.
06:33
They're separated by distances
147
381734
1500
Промежутки между ними
06:35
that are around the size of a biomolecule.
148
383258
2252
размером примерно с биомолекулу.
06:37
This is very good
149
385534
1165
Это очень хорошо,
06:38
because we could potentially
move everything apart in the brain.
move everything apart in the brain.
150
386723
3041
потому что мы могли бы разделить их
внутри мозга.
внутри мозга.
06:41
If we add water, what will happen is,
151
389788
1848
Если мы добавим воду,
06:43
this swellable material
is going to absorb the water,
is going to absorb the water,
152
391660
2515
то набухающий материал поглотит её,
06:46
the polymer chains will move
apart from each other,
apart from each other,
153
394199
2400
полимерные цепочки
отделятся друг от друга,
отделятся друг от друга,
06:48
and the entire material
is going to become bigger.
is going to become bigger.
154
396623
2634
и при этом весь материал
увеличится в размере.
увеличится в размере.
06:51
And because these chains are so tiny
155
399615
1814
Эти цепочки крошечные
06:53
and spaced by biomolecular distances,
156
401453
2205
и разделены промежутками с биомолекулу,
06:55
we could potentially blow up the brain
157
403682
2039
потенциально мы сможем увеличить мозг,
06:57
and make it big enough to see.
158
405745
1633
чтобы заглянуть внутрь.
07:00
Here's the mystery, then:
159
408020
1240
Однако тут загадка:
07:01
How do we actually make
these polymer chains inside the brain
these polymer chains inside the brain
160
409284
3610
как поместить эти полимерные
цепочки внутрь мозга так,
цепочки внутрь мозга так,
07:04
so we can move all the biomolecules apart?
161
412918
2239
чтобы отделить биомолекулы друг от друга?
07:07
If we could do that,
162
415181
1151
Если бы нам это удалось,
07:08
maybe we could get
ground truth maps of the brain.
ground truth maps of the brain.
163
416356
2397
возможно, мы бы получили
карту структуры мозга.
карту структуры мозга.
07:10
We could look at the wiring.
164
418777
1389
Увидели бы схему мозга.
07:12
We can peer inside
and see the molecules within.
and see the molecules within.
165
420190
3157
Мы смогли бы заглянуть внутрь
и разглядеть молекулы изнутри.
и разглядеть молекулы изнутри.
07:15
To explain this, we made some animations
166
423925
2481
Чтобы лучше это объяснить,
мы сделали анимацию,
мы сделали анимацию,
07:18
where we actually look
at, in these artist renderings,
at, in these artist renderings,
167
426430
2603
где, конечно, художник дал
свою интерпретацию того,
свою интерпретацию того,
07:21
what biomolecules might look
like and how we might separate them.
like and how we might separate them.
168
429057
3541
как могут выглядеть биомолекулы
и как мы бы могли разделить их.
и как мы бы могли разделить их.
07:24
Step one: what we'd have
to do, first of all,
to do, first of all,
169
432622
2549
Шаг первый: прежде всего мы должны
07:27
is attach every biomolecule,
shown in brown here,
shown in brown here,
170
435195
3389
присоединить все биомолекулы,
выделенные здесь коричневым цветом,
выделенные здесь коричневым цветом,
07:30
to a little anchor, a little handle.
171
438608
2159
к маленькому якорю, маленькой рукоятке.
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
Нам нужно отделить
молекулы мозга друг от друга,
молекулы мозга друг от друга,
07:35
and to do that, we need
to have a little handle
to have a little handle
173
443910
2326
и чтобы сделать это,
нам нужна небольшая рукоятка,
нам нужна небольшая рукоятка,
07:38
that allows those polymers to bind to them
174
446260
2285
позволяющая полимерам
прикрепляться к молекулам
прикрепляться к молекулам
07:40
and to exert their force.
175
448569
1542
и использовать их силу.
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
Если просто взять полимер
из подгузника и поместить его на мозг,
из подгузника и поместить его на мозг,
07:46
obviously, it's going to sit there on top.
177
454463
2037
очевидно, что он просто осядет сверху.
07:48
So we need to find a way
to make the polymers inside.
to make the polymers inside.
178
456524
2528
Поэтому нам нужно найти способ
доставить полимер внутрь.
доставить полимер внутрь.
07:51
And this is where we're really lucky.
179
459076
1788
И тут нам действительно повезло.
07:52
It turns out, you can
get the building blocks,
get the building blocks,
180
460888
2188
Оказалось, можно получить
строительные блоки,
строительные блоки,
07:55
monomers, as they're called,
181
463100
1372
так называемые мономеры.
07:56
and if you let them go into the brain
182
464496
1784
Если дать им проникнуть в мозг,
07:58
and then trigger the chemical reactions,
183
466304
2036
а затем вызвать химические реакции,
08:00
you can get them to form
those long chains,
those long chains,
184
468364
2702
тогда мы сможем заставить их
сформировать длинные цепи
сформировать длинные цепи
08:03
right there inside the brain tissue.
185
471090
1798
прямо тут, внутри ткани мозга.
08:05
They're going to wind their way
around biomolecules
around biomolecules
186
473325
2397
Они проложат свой путь вокруг биомолекул
08:07
and between biomolecules,
187
475746
1221
и между биомолекулами,
08:08
forming those complex webs
188
476991
1625
образуя сложные перемычки,
08:10
that will allow you, eventually,
to pull apart the molecules
to pull apart the molecules
189
478640
2862
которые далее помогут отделить молекулы
08:13
from each other.
190
481526
1175
друг от друга.
08:14
And every time one
of those little handles is around,
of those little handles is around,
191
482725
3054
И каждый раз, когда одна
из этих маленьких рукояток рядом,
из этих маленьких рукояток рядом,
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
полимер будет прилепляться к ней,
и это именно то, что нам нужно,
и это именно то, что нам нужно,
08:21
in order to pull the molecules
apart from each other.
apart from each other.
193
489177
2531
чтобы отделить молекулы друг от друга.
08:23
All right, the moment of truth.
194
491732
1693
Итак, момент истины.
08:25
We have to treat this specimen
195
493449
2148
Мы должны обработать этот образец
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
химическим веществом,
чтобы ослабить связь между молекулами,
чтобы ослабить связь между молекулами,
08:31
and then, when we add water,
197
499091
1836
и затем, когда мы добавим воду,
08:32
that swellable material is going
to start absorbing the water,
to start absorbing the water,
198
500951
2953
набухающий материал начнёт поглощать её,
08:35
the polymer chains will move apart,
199
503928
1703
полимерные цепи разойдутся,
08:37
but now, the biomolecules
will come along for the ride.
will come along for the ride.
200
505655
2722
но теперь вместе с биомолекулами.
08:40
And much like drawing
a picture on a balloon,
a picture on a balloon,
201
508401
2164
Это как нарисовать что-нибудь
на воздушном шаре,
на воздушном шаре,
08:42
and then you blow up the balloon,
202
510589
1587
затем надуть шар,
08:44
the image is the same,
203
512200
1290
рисунок будет такой же,
08:45
but the ink particles have moved
away from each other.
away from each other.
204
513514
2548
но частицы чернил
разойдутся друг от друга.
разойдутся друг от друга.
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
Это мы можем делать уже сейчас,
но в трёх измерениях.
но в трёх измерениях.
08:51
There's one last trick.
206
519577
1999
И последняя хитрость.
08:53
As you can see here,
207
521600
1218
Как вы можете видеть здесь,
08:54
we've color-coded
all the biomolecules brown.
all the biomolecules brown.
208
522842
2109
мы покрасили биомолекулы
в коричневый цвет,
в коричневый цвет,
08:56
That's because they all
kind of look the same.
kind of look the same.
209
524975
2170
потому что они все выглядят одинаково.
08:59
Biomolecules are made
out of the same atoms,
out of the same atoms,
210
527169
2105
Биомолекулы состоят из одинаковых атомов,
09:01
but just in different orders.
211
529298
2240
но в разной последовательности.
09:03
So we need one last thing
212
531562
1500
И последнее,
09:05
in order to make them visible.
213
533086
1695
нужно сделать их видимыми.
09:06
We have to bring in little tags,
214
534805
1579
Мы должны прикрепить к ним маленькие теги,
09:08
with glowing dyes
that will distinguish them.
that will distinguish them.
215
536408
3019
с яркими красками,
которые позволит нам различать их.
которые позволит нам различать их.
09:11
So one kind of biomolecule
might get a blue color.
might get a blue color.
216
539451
2673
Так один вид биомолекул
может получить синий цвет,
может получить синий цвет,
09:14
Another kind of biomolecule
might get a red color.
might get a red color.
217
542148
2351
другой вид биомолекул — красный,
09:16
And so forth.
218
544523
1276
и так далее.
09:17
And that's the final step.
219
545823
1552
И последний шаг.
09:19
Now we can look at something like a brain
220
547399
2278
Теперь мы можем изучать, например мозг,
09:21
and look at the individual molecules,
221
549701
1796
исследовать отдельные молекулы,
09:23
because we've moved them
far apart enough from each other
far apart enough from each other
222
551521
2707
потому что мы разделили их
достаточно далеко друг от друга
достаточно далеко друг от друга
09:26
that we can tell them apart.
223
554252
1698
и теперь можем их различать.
09:27
So the hope here is that
we can make the invisible visible.
we can make the invisible visible.
224
555974
2834
Мы надеемся сделать невидимое видимым.
09:30
We can turn things that might seem
small and obscure
small and obscure
225
558832
2566
Мы можем увеличить
крошечное и малопонятное,
крошечное и малопонятное,
09:33
and blow them up
226
561422
1151
и увеличив,
09:34
until they're like constellations
of information about life.
of information about life.
227
562597
3177
мы бы смогли собрать
необходимую информацию.
необходимую информацию.
09:37
Here's an actual video
of what it might look like.
of what it might look like.
228
565798
2375
Вот конкретное видео,
как это может выглядеть.
как это может выглядеть.
09:40
We have here a little brain in a dish --
229
568197
2371
У нас здесь немного мозга в чашке Петри,
09:42
a little piece of a brain, actually.
230
570592
1747
маленький кусочек мозга.
09:44
We've infused the polymer in,
231
572363
1596
Мы поместили внутрь полимер
09:45
and now we're adding water.
232
573983
1467
и теперь добавляем воду.
09:47
What you'll see is that,
right before your eyes --
right before your eyes --
233
575474
2358
То, что вы сейчас
увидите своими глазами, —
увидите своими глазами, —
09:49
this video is sped up about sixtyfold --
234
577856
1923
это видео, ускоренное в 6 раз.
09:51
this little piece of brain tissue
is going to grow.
is going to grow.
235
579803
2725
Cейчас этот маленький кусочек
ткани мозга начнёт расти.
ткани мозга начнёт расти.
09:54
It can increase by a hundredfold
or even more in volume.
or even more in volume.
236
582552
3180
Он может увеличиться в объёме
в сотни раз или даже больше.
в сотни раз или даже больше.
09:57
And the cool part is, because
those polymers are so tiny,
those polymers are so tiny,
237
585756
2949
И самое интересное —
эти полимеры настолько малы,
эти полимеры настолько малы,
10:00
we're separating biomolecules
evenly from each other.
evenly from each other.
238
588729
2559
что биомолекулы равномерно
отделяются друг от друга.
отделяются друг от друга.
10:03
It's a smooth expansion.
239
591312
1658
Происходит плавное расширение.
10:04
We're not losing the configuration
of the information.
of the information.
240
592994
2687
Мы не теряем структуру информации.
10:07
We're just making it easier to see.
241
595705
2700
Мы просто упрощаем себе задачу.
10:11
So now we can take
actual brain circuitry --
actual brain circuitry --
242
599333
2176
Теперь мы видим фактическую схему мозга —
10:13
here's a piece of the brain
involved with, for example, memory --
involved with, for example, memory --
243
601533
3134
вот например, часть мозга,
ответственная за память.
ответственная за память.
10:16
and we can zoom in.
244
604691
1263
Можно увеличить масштаб.
10:17
We can start to actually look at
how circuits are configured.
how circuits are configured.
245
605978
2890
Можно посмотреть, как устроены схемы.
10:20
Maybe someday we could read out a memory.
246
608892
1968
Возможно, однажды мы прочитаем
нашу память.
нашу память.
10:22
Maybe we could actually look
at how circuits are configured
at how circuits are configured
247
610884
2779
Возможно, мы поймём, как работают схемы,
10:25
to process emotions,
248
613687
1152
как обрабатываются эмоции,
10:26
how the actual wiring
of our brain is organized
of our brain is organized
249
614863
2922
как организована схема нашего мозга,
10:29
in order to make us who we are.
250
617809
2567
которая делает нас теми, кто мы есть.
10:32
And of course, we can pinpoint, hopefully,
251
620400
2047
И также мы надеемся,
что сможем определять
что сможем определять
10:34
the actual problems in the brain
at a molecular level.
at a molecular level.
252
622471
3159
существующие неполадки в мозге
на молекулярном уровне.
на молекулярном уровне.
10:37
What if we could actually
look into cells in the brain
look into cells in the brain
253
625654
2569
Что, если бы мы могли
заглянуть в клетки мозга
заглянуть в клетки мозга
10:40
and figure out, wow, here are the 17
molecules that have altered
molecules that have altered
254
628247
3083
и выяснить, что — ничего себе! —
эти 17 молекул видоизменились
эти 17 молекул видоизменились
10:43
in this brain tissue that has been
undergoing epilepsy
undergoing epilepsy
255
631354
3455
в ткани мозга, страдающего эпилепсией
10:46
or changing in Parkinson's disease
256
634833
1650
или болезнью Паркинсона
10:48
or otherwise being altered?
257
636507
1517
или чем-то ещё?
10:50
If we get that systematic list
of things that are going wrong,
of things that are going wrong,
258
638048
3043
Если мы получим точный список отклонений,
10:53
those become our therapeutic targets.
259
641115
2199
то сможем определить пути лечения.
10:55
We can build drugs that bind those.
260
643338
1677
Мы сможем создать лекарства от них.
10:57
We can maybe aim energy
at different parts of the brain
at different parts of the brain
261
645039
2627
Возможно, мы сможем перенаправлять
энергию в разные отделы мозга,
энергию в разные отделы мозга,
10:59
in order to help people
with Parkinson's or epilepsy
with Parkinson's or epilepsy
262
647690
2687
чтобы помочь людям
с Паркинсоном, эпилепсией
с Паркинсоном, эпилепсией
11:02
or other conditions that affect
over a billion people
over a billion people
263
650401
2551
и другими болезнями
более миллиарда человек
более миллиарда человек
11:04
around the world.
264
652976
1213
по всему миру.
11:07
Now, something interesting
has been happening.
has been happening.
265
655246
2206
Происходит что-то интересное.
11:09
It turns out that throughout biomedicine,
266
657476
2705
Оказалось, что в биомедицине
11:12
there are other problems
that expansion might help with.
that expansion might help with.
267
660205
2666
есть и другие проблемы,
где это увеличение может помочь.
где это увеличение может помочь.
11:14
This is an actual biopsy
from a human breast cancer patient.
from a human breast cancer patient.
268
662895
3234
Это биопсия пациентки
с раком молочной железы.
с раком молочной железы.
11:18
It turns out that if you look at cancers,
269
666505
2188
Если посмотреть на клетки рака,
11:20
if you look at the immune system,
270
668717
1611
на иммунную систему,
11:22
if you look at aging,
if you look at development --
if you look at development --
271
670352
2513
на процесс старения,
на развитие болезни,
на развитие болезни,
11:24
all these processes are involving
large-scale biological systems.
large-scale biological systems.
272
672889
4497
видно, что во все эти процессы вовлечены
крупные биологические системы.
крупные биологические системы.
11:29
But of course, the problems begin
with those little nanoscale molecules,
with those little nanoscale molecules,
273
677410
4024
Конечно же, все проблемы начинаются
с этих маленьких наноразмерных молекул,
с этих маленьких наноразмерных молекул,
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
машин, которые заставляют
клетки и органы работать.
клетки и органы работать.
11:37
So what we're trying
to do now is to figure out
to do now is to figure out
275
685351
2222
Итак, сейчас мы попытаемся выяснить,
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
сможем ли мы с помощью этой технологии
получить карту строительных блоков
получить карту строительных блоков
11:43
in a wide variety of diseases.
277
691087
1745
в огромном разнообразии болезней.
11:44
Can we actually pinpoint
the molecular changes in a tumor
the molecular changes in a tumor
278
692856
2896
Сможем ли мы определить
молекулярные изменения в опухоли
молекулярные изменения в опухоли
11:47
so that we can actually
go after it in a smart way
go after it in a smart way
279
695776
2369
и отследить то место,
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
куда надо доставить лекарство,
чтобы уничтожить опасные для нас клетки?
чтобы уничтожить опасные для нас клетки?
11:54
You know, a lot of medicine
is very high risk.
is very high risk.
281
702137
2335
Знаете, медицина — это всегда риск.
11:56
Sometimes, it's even guesswork.
282
704496
1782
Иногда это даже «метод тыка».
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
Мы надеемся, что сможем
превратить эти рискованные попытки
превратить эти рискованные попытки
12:02
into something that's more reliable.
284
710525
1769
в нечто более надёжное.
12:04
If you think about the original moon shot,
285
712318
2055
Вспомните наш полёт на Луну,
12:06
where they actually landed on the moon,
286
714397
1898
который состоялся на самом деле,
12:08
it was based on solid science.
287
716319
1444
и всё благодаря науке.
12:09
We understood gravity;
288
717787
1603
Мы изучили гравитацию,
12:11
we understood aerodynamics.
289
719414
1341
мы изучили аэродинамику.
12:12
We knew how to build rockets.
290
720779
1395
Мы знаем, как строить ракеты.
12:14
The science risk was under control.
291
722198
2468
Научные риски были под контролем.
12:16
It was still a great, great
feat of engineering.
feat of engineering.
292
724690
2753
Это был величайший успех инженерии.
12:19
But in medicine, we don't
necessarily have all the laws.
necessarily have all the laws.
293
727467
2645
Но в медицине нам не нужно
соблюдать все эти законы.
соблюдать все эти законы.
12:22
Do we have all the laws
that are analogous to gravity,
that are analogous to gravity,
294
730136
3109
Есть ли у нас законы,
аналогичные гравитации
аналогичные гравитации
12:25
that are analogous to aerodynamics?
295
733269
2344
и аналогичные аэродинамике?
12:27
I would argue that with technologies
296
735637
1730
Я считаю, что с помощью технологий,
12:29
like the kinds I'm talking about today,
297
737391
1872
о которых я сегодня говорил,
12:31
maybe we can actually derive those.
298
739287
1693
возможно, мы выведем такие законы.
12:33
We can map the patterns
that occur in living systems,
that occur in living systems,
299
741004
2857
Может, мы отметим паттерны,
встречающиеся в живых организмах,
встречающиеся в живых организмах,
12:35
and figure out how to overcome
the diseases that plague us.
the diseases that plague us.
300
743885
4558
и выясним, как победить
тревожащие нас болезни.
тревожащие нас болезни.
12:41
You know, my wife and I
have two young kids,
have two young kids,
301
749499
2079
У нас с женой два маленьких ребёнка,
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
и одна из моих надежд как биоинженера —
сделать их жизнь лучше,
сделать их жизнь лучше,
12:46
than it currently is for us.
303
754860
1729
чем она есть сейчас для нас.
12:48
And my hope is, if we can
turn biology and medicine
turn biology and medicine
304
756613
3730
И я надеюсь, мы сможем изменить
биологию и медицину
биологию и медицину
12:52
from these high-risk endeavors
that are governed by chance and luck,
that are governed by chance and luck,
305
760367
4357
и превратить эти высокорискованные
попытки, зависящие от случая и удачи,
попытки, зависящие от случая и удачи,
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
в надёжные способы лечения
с помощью мастерства и упорства —
с помощью мастерства и упорства —
13:00
then that would be a great advance.
307
768699
1898
это был бы большой шаг вперёд.
13:02
Thank you very much.
308
770621
1206
Большое спасибо.
13:03
(Applause)
309
771851
10383
(Аплодисменты)
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