TEDSummit
Ed Boyden: A new way to study the brain's invisible secrets
Ед Бойден: Новий шлях вивчення невидимих таємниць мозку
Filmed:
Readability: 4
1,501,957 views
Нейроінженер Ед Бойден хоче визначити, як маленькі біомолекули в нашому мозку породжують емоції, думки і почуття. І хоче знайти ті молекулярні зміни, які призводять до таких захворювань як епілепсія і хвороба Альцгеймера. Замість того, щоб вивчати ці крихітні структури через мікроскоп, він ставить питання: «Чому б нам не збільшити їх до такого розміру, щоб можна було краще роздивитися?» Дізнайтеся, як полімери з дитячого підгузника можуть стати ключем для кращого дослідження мозку.
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
Привіт усім!
00:14
I brought with me today a baby diaper.
1
2333
2643
Сьогодні я приніс із собою
дитячий підгузок.
00:18
You'll see why in a second.
2
6793
1722
Трохи згодом ви побачите навіщо.
00:20
Baby diapers have interesting properties.
3
8539
2010
Дитячі підгузки
мають цікаві властивості.
мають цікаві властивості.
00:22
They can swell enormously
when you add water to them,
when you add water to them,
4
10573
2691
Вони сильно набухають,
якщо туди налити води.
якщо туди налити води.
00:25
an experiment done
by millions of kids every day.
by millions of kids every day.
5
13288
2984
Цей експеримент проводять
мільйони дітей щороку.
мільйони дітей щороку.
00:28
(Laughter)
6
16296
1150
(Сміх)
00:29
But the reason why
7
17470
1494
Але причина, чому так стається,
00:30
is that they're designed
in a very clever way.
in a very clever way.
8
18988
2190
в тому, що вони розроблені
розумним способом.
розумним способом.
00:33
They're made out of a thing
called a swellable material.
called a swellable material.
9
21202
2635
Вони зроблені з так званого
вбираючого матеріалу.
вбираючого матеріалу.
00:35
It's a special kind of material that,
when you add water,
when you add water,
10
23861
2737
Це особливий вид матеріалу, який,
коли налити води,
коли налити води,
00:38
it will swell up enormously,
11
26622
1430
збільшується в об'ємі
00:40
maybe a thousand times in volume.
12
28076
2166
приблизно в тисячу разів.
00:42
And this is a very useful,
industrial kind of polymer.
industrial kind of polymer.
13
30266
3236
Цей промисловий тип полімеру широко використовується.
00:45
But what we're trying to do
in my group at MIT
in my group at MIT
14
33819
2526
Наша група в МІТ намагається
00:48
is to figure out if we can do
something similar to the brain.
something similar to the brain.
15
36369
3213
вияснити, чи ми можемо робити
щось подібне з нашим мозком.
щось подібне з нашим мозком.
00:51
Can we make it bigger,
16
39606
1159
Чи можемо ми його збільшити,
00:52
big enough that you
can peer inside
can peer inside
17
40789
1678
зробити настільки великим,
щоб ми могли заглянути всередину
щоб ми могли заглянути всередину
00:54
and see all the tiny building blocks,
the biomolecules,
the biomolecules,
18
42481
2628
і розглянути крихітні будівельні
блоки, біомолекули,
блоки, біомолекули,
00:57
how they're organized in three dimensions,
19
45133
2151
як вони розташовані
у тривимірному просторі,
у тривимірному просторі,
00:59
the structure, the ground truth
structure of the brain, if you will?
structure of the brain, if you will?
20
47308
3485
зібрати дані про структуру мозку,
якщо можна так сказати?
якщо можна так сказати?
01:02
If we could get that,
21
50817
1158
Якщо нам це вдасться,
01:03
maybe we could have a better understanding
of how the brain is organized
of how the brain is organized
22
51999
3509
можливо, ми б краще зрозуміли,
як влаштований наш мозок,
01:07
to yield thoughts and emotions
23
55532
1659
як в ньому зароджуються думки, емоції,
01:09
and actions and sensations.
24
57215
1719
дії, відчуття.
01:10
Maybe we could try to pinpoint
the exact changes in the brain
the exact changes in the brain
25
58958
3415
Мабуть, ми могли б спробувати
визначити, які саме зміни в мозку
визначити, які саме зміни в мозку
01:14
that result in diseases,
26
62397
1776
призводять до таких захворювань
01:16
diseases like Alzheimer's
and epilepsy and Parkinson's,
and epilepsy and Parkinson's,
27
64197
3212
як хвороба Альцгеймера, епілепсія
або хвороба Паркінсона,
або хвороба Паркінсона,
01:19
for which there are few
treatments, much less cures,
treatments, much less cures,
28
67433
2578
для яких існує лише кілька видів
лікування і набагато менше ліків,
лікування і набагато менше ліків,
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
а, часто, причини або походження
ми так і не знаємо,
ми так і не знаємо,
01:25
and what's really causing them to occur.
30
73676
2135
і що насправді сприяло появі захворювання.
01:28
Now, our group at MIT
31
76613
1740
Наша група в МІТ зараз
01:30
is trying to take
a different point of view
a different point of view
32
78377
2686
намагається переглянути свою точку зору,
01:33
from the way neuroscience has
been done over the last hundred years.
been done over the last hundred years.
33
81087
3230
яка базується на неврології
протягом останніх ста років.
протягом останніх ста років.
01:36
We're designers. We're inventors.
34
84341
1579
Ми дизайнери. Ми винахідники.
01:37
We're trying to figure out
how to build technologies
how to build technologies
35
85944
2544
Ми намагаємось вияснити,
як створити технології,
як створити технології,
01:40
that let us look at and repair the brain.
36
88512
2456
які дозволять нам вивчати і відновлювати мозок.
01:42
And the reason is,
37
90992
1151
А причина в тому,
01:44
the brain is incredibly,
incredibly complicated.
incredibly complicated.
38
92167
2801
що мозок неймовірно, неймовірно складний.
01:47
So what we've learned
over the first century of neuroscience
over the first century of neuroscience
39
95484
2887
Таким чином, за перше століття
неврології ми дізналися,
неврології ми дізналися,
01:50
is that the brain is a very
complicated network,
complicated network,
40
98395
2303
мозок - це дуже складна сітка,
01:52
made out of very specialized
cells called neurons
cells called neurons
41
100722
2480
яка складається з особливих клітин,
під назвою нейрони,
під назвою нейрони,
01:55
with very complex geometries,
42
103226
1667
із складною формою
01:56
and electrical currents will flow
through these complexly shaped neurons.
through these complexly shaped neurons.
43
104917
4237
та електричним струмом, що проходить
крізь складні за формою нейрони.
крізь складні за формою нейрони.
02:01
Furthermore, neurons
are connected in networks.
are connected in networks.
44
109653
2784
Більше того, нейрони з’єднуються в сітки.
02:04
They're connected by little junctions
called synapses that exchange chemicals
called synapses that exchange chemicals
45
112461
3835
Вони поєднані маленькими вузлами, синапсами,
які передають хімічні речовини
які передають хімічні речовини
02:08
and allow the neurons
to talk to each other.
to talk to each other.
46
116320
2218
і дозволяють нейронам «спілкуватися».
02:10
The density of the brain is incredible.
47
118562
1940
Щільність мозку є неймовірною.
02:12
In a cubic millimeter of your brain,
48
120526
2307
В кубічному міліметрі вашого мозку
02:14
there are about 100,000 of these neurons
49
122857
2457
близько 100 000 таких нейронів
02:17
and maybe a billion of those connections.
50
125338
2517
і , мабуть, мільярд таких з’єднань.
02:20
But it's worse.
51
128887
1382
Але це ще не все.
02:22
So, if you could zoom in to a neuron,
52
130293
2305
Якщо б ми могли збільшити 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, звичайно, показано бачення
нашого художника,
нашого художника,
02:27
What you would see are thousands
and thousands of kinds of biomolecules,
and thousands of kinds of biomolecules,
54
135396
4207
ви б побачили тисячі і тисячі різних видів
02:31
little nanoscale machines
organized in complex, 3D patterns,
organized in complex, 3D patterns,
55
139627
4400
малих наномеханізмів, які організовані
в складні 3D-моделі.
в складні 3D-моделі.
02:36
and together they mediate
those electrical pulses,
those electrical pulses,
56
144051
2628
Разом вони перетворюють електричні імпульси,
02:38
those chemical exchanges
that allow neurons to work together
that allow neurons to work together
57
146703
3937
які дозволяють нейронам працювати разом
02:42
to generate things like thoughts
and feelings and so forth.
and feelings and so forth.
58
150664
3669
і генерувати, наприклад, думки,
відчуття і так далі.
відчуття і так далі.
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
Зараз, ми точно не знаємо,
як організовані нейрони в мозку,
як організовані нейрони в мозку,
02:50
to form networks,
60
158145
1174
як вони формують сітки,
02:51
and we don't know how
the biomolecules are organized
the biomolecules are organized
61
159343
2500
і ми не впевнені в тому,
як організовані біомолекули
як організовані біомолекули
02:53
within neurons
62
161867
1174
в нейронах,
02:55
to form these complex, organized machines.
63
163065
2405
як вони формують ці складні механізми.
02:57
If we really want to understand this,
64
165918
1820
Якщо ми хочемо це зрозуміти,
02:59
we're going to need new technologies.
65
167762
1817
нам потрібні нові технології.
03:01
But if we could get such maps,
66
169603
1784
Якщо б ми отримали схему мозку,
03:03
if we could look at the organization
of molecules and neurons
of molecules and neurons
67
171411
2943
якщо ми б подивилися на розташування
молекул і нейронів,
молекул і нейронів,
03:06
and neurons and networks,
68
174378
1566
нейронів і сіток,
03:07
maybe we could really understand
how the brain conducts information
how the brain conducts information
69
175968
3437
можливо, нам вдалося б зрозуміти,
як мозок передає інформацію
як мозок передає інформацію
03:11
from sensory regions,
70
179429
1167
з сенсорних областей,
03:12
mixes it with emotion and feeling,
71
180620
1736
поєднує її з емоціями і відчуттями,
03:14
and generates our decisions and actions.
72
182380
2394
і формує наші рішення і дії.
03:17
Maybe we could pinpoint the exact set
of molecular changes that occur
of molecular changes that occur
73
185131
3789
Мабуть, ми б визначили комплекс
молекулярних змін,
молекулярних змін,
03:20
in a brain disorder.
74
188944
1202
які відбуваються при хворобі мозку.
03:22
And once we know how
those molecules have changed,
those molecules have changed,
75
190170
2822
Якщо б ми знали, як змінюються ці молекули,
03:25
whether they've increased in number
or changed in pattern,
or changed in pattern,
76
193016
2780
росте їх число чи змінюється структура,
03:27
we could use those
as targets for new drugs,
as targets for new drugs,
77
195820
2939
ми б використовували ці дані
для створення нових ліків,
для створення нових ліків,
03:30
for new ways of delivering
energy into the brain
energy into the brain
78
198783
2271
нових шляхів доставки енергії в мозок,
03:33
in order to repair the brain
computations that are afflicted
computations that are afflicted
79
201078
3880
щоб відновити функції мозку в пацієнтів,
03:36
in patients who suffer
from brain disorders.
from brain disorders.
80
204982
2299
які страждають від захворювань мозку.
03:39
We've all seen lots of different
technologies over the last century
technologies over the last century
81
207793
3243
За останнє століття ми бачили
багато різних технологій,
багато різних технологій,
03:43
to try to confront this.
82
211060
1166
які намагаються протистояти
цим захворюванням.
цим захворюванням.
03:44
I think we've all seen brain scans
83
212250
1880
Я вважаю, що кожен з нас бачив знімки мозку,
03:46
taken using MRI machines.
84
214154
2034
зроблені за допомогою МРТ.
03:48
These, of course, have the great power
that they are noninvasive,
that they are noninvasive,
85
216212
3347
Беззаперечно, їхня перевага в тому, що вони неінвазивні ,
03:51
they can be used on living human subjects.
86
219583
2355
їх можна застосувати на живих людях.
03:54
But also, they're spatially crude.
87
222407
2231
Проте, вони просторово не точні.
03:56
Each of these blobs that you see,
or voxels, as they're called,
or voxels, as they're called,
88
224662
2990
Кожна з цих крапель, які ви бачите,
їх ще називають векселями,
їх ще називають векселями,
03:59
can contain millions
and millions of neurons.
and millions of neurons.
89
227676
2689
можуть містити мільйони, мільйони нейронів.
04:02
So it's not at the level of resolution
90
230389
1850
Тому, це не той рівень, на якому
04:04
where it can pinpoint
the molecular changes that occur
the molecular changes that occur
91
232263
2538
можна точно визначити молекулярні зміни
04:06
or the changes in the wiring
of these networks
of these networks
92
234825
2286
або зміни в електропровідності цих сіток,
04:09
that contributes to our ability
to be conscious and powerful beings.
to be conscious and powerful beings.
93
237135
3946
які сприяють нашій можливості
бути свідомими і могутніми істотами.
бути свідомими і могутніми істотами.
04:13
At the other extreme,
you have microscopes.
you have microscopes.
94
241797
3181
З іншої сторони, ми розглянемо мікроскопи.
04:17
Microscopes, of course, will use light
to look at little tiny things.
to look at little tiny things.
95
245002
3295
Звичайно, мікроскопам потрібне світло,
щоб вивчати найменші складові.
щоб вивчати найменші складові.
04:20
For centuries, they've been used
to look at things like bacteria.
to look at things like bacteria.
96
248321
3075
Століттями їх використовували
для вивчення бактерій.
для вивчення бактерій.
04:23
For neuroscience,
97
251420
1151
В неврології
04:24
microscopes are actually how neurons
were discovered in the first place,
were discovered in the first place,
98
252595
3412
нейрони були вперше виявлені
саме за допомогою мікроскопів
саме за допомогою мікроскопів
04:28
about 130 years ago.
99
256031
1292
близько 130 років назад.
04:29
But light is fundamentally limited.
100
257347
2318
Але, в основному, на світло
є певні обмеження.
є певні обмеження.
04:31
You can't see individual molecules
with a regular old microscope.
with a regular old microscope.
101
259689
3298
Під звичайним мікроскопом ми не можемо
вивчати молекули окремо.
вивчати молекули окремо.
04:35
You can't look at these tiny connections.
102
263011
2152
Не можемо досліджувати
ці крихітні з’єднання між ними.
ці крихітні з’єднання між ними.
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
Тож, якщо ми хочемо покращити
нашу здатність вивчення мозку
нашу здатність вивчення мозку
04:41
to get down to the ground truth structure,
104
269153
2168
до самої структури,
04:43
we're going to need to have
even better technologies.
even better technologies.
105
271345
3280
нам необхідно створити кращі
технології для цього.
технології для цього.
04:47
My group, a couple years ago,
started thinking:
started thinking:
106
275611
2224
Пару років назад моя група задумалась:
04:49
Why don't we do the opposite?
107
277859
1412
чому б нам не зробити навпаки?
04:51
If it's so darn complicated
to zoom in to the brain,
to zoom in to the brain,
108
279295
2461
Якщо настільки складно збільшити
зображення мозку,
зображення мозку,
04:53
why can't we make the brain bigger?
109
281780
1943
чому б тоді нам не збільшити мозок?
04:56
It initially started
110
284166
1155
Все почалося
04:57
with two grad students in my group,
Fei Chen and Paul Tillberg.
Fei Chen and Paul Tillberg.
111
285345
2996
з двох студентів моєї групи,
Фей Чена і Пола Тілберґа.
Фей Чена і Пола Тілберґа.
05:00
Now many others in my group
are helping with this process.
are helping with this process.
112
288365
2720
Зараз й інші студенти допомагають
нам з цим процесом.
нам з цим процесом.
05:03
We decided to try to figure out
if we could take polymers,
if we could take polymers,
113
291109
2762
Ми вирішили вияснити, що трапиться,
якщо взяти полімери,
якщо взяти полімери,
05:05
like the stuff in the baby diaper,
114
293895
1629
як в дитячих підгузках,
05:07
and install it physically
within the brain.
within the brain.
115
295548
2006
і встановити їх в мозок.
05:09
If we could do it just right,
and you add water,
and you add water,
116
297578
2241
Якщо ми зробимо це правильно
і додамо води,
і додамо води,
05:11
you can potentially blow the brain up
117
299843
1835
то можна збільшити мозок
05:13
to where you could distinguish
those tiny biomolecules from each other.
those tiny biomolecules from each other.
118
301702
3377
до такого розміру, щоб розрізняти
ці крихітні біомолекули.
ці крихітні біомолекули.
05:17
You would see those connections
and get maps of the brain.
and get maps of the brain.
119
305103
2870
Тоді нам вдасться дослідити ці з’єднання
між ними і отримати схему мозку.
між ними і отримати схему мозку.
05:19
This could potentially be quite dramatic.
120
307997
1988
Це може стати сенсацією.
05:22
We brought a little demo here.
121
310009
3008
Ми принесли сюди маленьке демо.
05:25
We got some purified baby diaper material.
122
313538
2575
Ми маємо трохи очищеного
полімеру з підгузка.
полімеру з підгузка.
05:28
It's much easier
just to buy it off the Internet
just to buy it off the Internet
123
316137
2274
Набагато легше купити його в Інтернеті,
05:30
than to extract the few grains
that actually occur in these diapers.
that actually occur in these diapers.
124
318435
3475
ніж дістати декілька гранул з підгузника.
05:33
I'm going to put just one teaspoon here
125
321934
2225
Я покладу сюди лише одну чайну ложку
05:36
of this purified polymer.
126
324706
1794
очищеного полімеру.
05:39
And here we have some water.
127
327270
2152
В нас також є трохи води.
05:41
What we're going to do
128
329446
1162
Зараз ми подивимось,
05:42
is see if this teaspoon
of the baby diaper material
of the baby diaper material
129
330632
3011
чи збільшиться чайна ложка
05:45
can increase in size.
130
333667
1709
полімеру з підгузника.
05:48
You're going to see it increase in volume
by about a thousandfold
by about a thousandfold
131
336687
3696
Об’єм збільшиться
приблизно в тисячу разів,
приблизно в тисячу разів,
05:52
before your very eyes.
132
340407
1286
і ви це побачите на власні очі.
06:01
I could pour much more of this in there,
133
349597
1972
Я зможу налити набагато більше води,
06:03
but I think you've got the idea
134
351593
1558
але думаю, що ви вже зрозуміли,
06:05
that this is a very,
very interesting molecule,
very interesting molecule,
135
353175
2502
наскільки ця молекула є цікавою.
06:07
and if can use it in the right way,
136
355701
1912
Якщо її правильно використовувати,
06:09
we might be able
to really zoom in on the brain
to really zoom in on the brain
137
357637
2321
то ми зможемо збільшити мозок,
06:11
in a way that you can't do
with past technologies.
with past technologies.
138
359982
2594
що було неможливим
з попередніми технологіями.
з попередніми технологіями.
06:15
OK. So a little bit of chemistry now.
139
363227
2054
Добре. Тепер перейдемо до хімії.
06:17
What's going on
in the baby diaper polymer?
in the baby diaper polymer?
140
365305
2442
Що стається з полімером підгузника?
06:19
If you could zoom in,
141
367771
1676
Якщо подивитися на збільшене зображення,
06:21
it might look something like
what you see on the screen.
what you see on the screen.
142
369471
2673
то це б виглядало приблизно так,
як на екрані.
як на екрані.
06:24
Polymers are chains of atoms
arranged in long, thin lines.
arranged in long, thin lines.
143
372168
4492
Полімери – це ланцюжки атомів,
розташовані в довгі тонкі лінії.
розташовані в довгі тонкі лінії.
06:28
The chains are very tiny,
144
376684
1367
Ланцюжки є надзвичайно малими,
06:30
about the width of a biomolecule,
145
378075
1864
завширшки з біомолекулу,
06:31
and these polymers are really dense.
146
379963
1747
і ці полімери є дуже щільними.
06:33
They're separated by distances
147
381734
1500
Відстань між ними
06:35
that are around the size of a biomolecule.
148
383258
2252
є такою за величиною, як біомолекула.
06:37
This is very good
149
385534
1165
Це дуже добре тому,
06:38
because we could potentially
move everything apart in the brain.
move everything apart in the brain.
150
386723
3041
що ми б могли їх розділити
всередині мозку.
всередині мозку.
06:41
If we add water, what will happen is,
151
389788
1848
Якщо ми додаємо воду,
06:43
this swellable material
is going to absorb the water,
is going to absorb the water,
152
391660
2515
то набухлий матеріал
поглинає рідину.
поглинає рідину.
06:46
the polymer chains will move
apart from each other,
apart from each other,
153
394199
2400
Ланцюжки полімерів розділяться
06:48
and the entire material
is going to become bigger.
is going to become bigger.
154
396623
2634
і весь матеріал почне збільшуватися в розмірі.
06:51
And because these chains are so tiny
155
399615
1814
Через те, що ланцюжки є дуже малими
06:53
and spaced by biomolecular distances,
156
401453
2205
і між ними є проміжки
06:55
we could potentially blow up the brain
157
403682
2039
розміром з біомолекулу,
06:57
and make it big enough to see.
158
405745
1633
ми потенційно можемо збільшити мозок,
щоб роздивитися його.
щоб роздивитися його.
07:00
Here's the mystery, then:
159
408020
1240
З цього випливає загадка:
07:01
How do we actually make
these polymer chains inside the brain
these polymer chains inside the brain
160
409284
3610
як помістити ці ланцюжки з полімерів
всередину мозку,
всередину мозку,
07:04
so we can move all the biomolecules apart?
161
412918
2239
щоб відділити біомолекули одну від одної?
07:07
If we could do that,
162
415181
1151
Якщо б нам це вдалося,
07:08
maybe we could get
ground truth maps of the brain.
ground truth maps of the brain.
163
416356
2397
ми б отримали схему мозку.
07:10
We could look at the wiring.
164
418777
1389
Ми б змогли роздивитися цю схему.
07:12
We can peer inside
and see the molecules within.
and see the molecules within.
165
420190
3157
Нам вдалося б заглянути всередину
і роздивитися молекули.
і роздивитися молекули.
07:15
To explain this, we made some animations
166
423925
2481
Щоб краще це пояснити,
ми зробили анімацію,
ми зробили анімацію,
07:18
where we actually look
at, in these artist renderings,
at, in these artist renderings,
167
426430
2603
де художник візуалізував те,
07:21
what biomolecules might look
like and how we might separate them.
like and how we might separate them.
168
429057
3541
як можуть виглядати біомолекули
і як ми можемо їх розділити.
і як ми можемо їх розділити.
07:24
Step one: what we'd have
to do, first of all,
to do, first of all,
169
432622
2549
Крок перший: спочатку нам потрібно
07:27
is attach every biomolecule,
shown in brown here,
shown in brown here,
170
435195
3389
прикріпити всі біомолекули,
виділені коричневим кольором,
виділені коричневим кольором,
07:30
to a little anchor, a little handle.
171
438608
2159
до маленького якоря, маленького важіля.
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 потрібно розділити молекули мозку,
07:35
and to do that, we need
to have a little handle
to have a little handle
173
443910
2326
і щоб це зробити, нам потрібен
невеликий важіль,
невеликий важіль,
07:38
that allows those polymers to bind to them
174
446260
2285
що дозволить полімерам
прикріпитися до молекул
прикріпитися до молекул
07:40
and to exert their force.
175
448569
1542
і використовувати їхню 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
Якщо просто взяти полімер з підгузника
і помістити його в мозок,
і помістити його в мозок,
07:46
obviously, it's going to sit there on top.
177
454463
2037
очевидно, що він просто осяде зверху.
07:48
So we need to find a way
to make the polymers inside.
to make the polymers inside.
178
456524
2528
Тож нам потрібно виявити,
як помістити полімер всередину.
як помістити полімер всередину.
07:51
And this is where we're really lucky.
179
459076
1788
І тут нам справді пощастило.
07:52
It turns out, you can
get the building blocks,
get the building blocks,
180
460888
2188
Виявилося, що ми можемо
отримати будівельні блоки,
отримати будівельні блоки,
07:55
monomers, as they're called,
181
463100
1372
так звані мономери.
07:56
and if you let them go into the brain
182
464496
1784
І якщо вони проникнуть в мозок
07:58
and then trigger the chemical reactions,
183
466304
2036
і викличуть хімічну реакцію,
08:00
you can get them to form
those long chains,
those long chains,
184
468364
2702
тоді ми можемо змусити їх
утворити довгі ланцюги
утворити довгі ланцюги
08:03
right there inside the brain tissue.
185
471090
1798
всередині мозку.
08:05
They're going to wind their way
around biomolecules
around biomolecules
186
473325
2397
Вони продовжують свій шлях
навколо біомолекул
навколо біомолекул
08:07
and between biomolecules,
187
475746
1221
і між ними,
08:08
forming those complex webs
188
476991
1625
формуючи складні сітки,
08:10
that will allow you, eventually,
to pull apart the molecules
to pull apart the molecules
189
478640
2862
які зрештою дозволяють нам
відділити молекули
відділити молекули
08:13
from each other.
190
481526
1175
одну від одної.
08:14
And every time one
of those little handles is around,
of those little handles is around,
191
482725
3054
І кожен раз, коли один з цих
малих важелів близько,
малих важелів близько,
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
полімер з’єднається з ним,
і це саме те,
і це саме те,
08:21
in order to pull the molecules
apart from each other.
apart from each other.
193
489177
2531
що нам потрібно, щоб розділити молекули.
08:23
All right, the moment of truth.
194
491732
1693
Отже, момент істини.
08:25
We have to treat this specimen
195
493449
2148
Нам потрібно опрацювати цей зразок
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
з хімічними речовинами, щоб ослабити
зв’язок між молекулами.
зв’язок між молекулами.
08:31
and then, when we add water,
197
499091
1836
І тоді, коли ми додамо воду,
08:32
that swellable material is going
to start absorbing the water,
to start absorbing the water,
198
500951
2953
цей матеріал, який розбухає,
почне вбирати воду.
почне вбирати воду.
08:35
the polymer chains will move apart,
199
503928
1703
Ланцюжки з полімерів розділяться,
08:37
but now, the biomolecules
will come along for the ride.
will come along for the ride.
200
505655
2722
але тепер це станеться
і з біомолекулами.
і з біомолекулами.
08:40
And much like drawing
a picture on a balloon,
a picture on a balloon,
201
508401
2164
Це як намалювати щось на повітряній кулі,
08:42
and then you blow up the balloon,
202
510589
1587
і потім надути її,
08:44
the image is the same,
203
512200
1290
малюнок залишається незмінним,
08:45
but the ink particles have moved
away from each other.
away from each other.
204
513514
2548
але частинки чорнила розділяться.
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
Це те, що ми можемо робити зараз, проте в тривимірному просторі.
08:51
There's one last trick.
206
519577
1999
Ось і остання хитрість.
08:53
As you can see here,
207
521600
1218
Як ви бачите,
08:54
we've color-coded
all the biomolecules brown.
all the biomolecules brown.
208
522842
2109
ми пофарвбували сі біомолекули
в коричневий колір.
в коричневий колір.
08:56
That's because they all
kind of look the same.
kind of look the same.
209
524975
2170
Тому, що вони всі виглядають однаково.
08:59
Biomolecules are made
out of the same atoms,
out of the same atoms,
210
527169
2105
Біомолекули складаються з однакових атомів,
09:01
but just in different orders.
211
529298
2240
але в різному порядку.
09:03
So we need one last thing
212
531562
1500
Отже, нам потрібна остання річ
09:05
in order to make them visible.
213
533086
1695
для того, щоб ми могли їх побачити.
09:06
We have to bring in little tags,
214
534805
1579
Ми повинні прикріпити маленькі мітки
09:08
with glowing dyes
that will distinguish them.
that will distinguish them.
215
536408
3019
яскравого кольору, щоб їх можна
було розрізнити.
було розрізнити.
09:11
So one kind of biomolecule
might get a blue color.
might get a blue color.
216
539451
2673
Один вид біомолекул синього кольору,
09:14
Another kind of biomolecule
might get a red color.
might get a red color.
217
542148
2351
інший – червоного,
09:16
And so forth.
218
544523
1276
і так далі.
09:17
And that's the final step.
219
545823
1552
І це був останній крок.
09:19
Now we can look at something like a brain
220
547399
2278
Тепер ми можемо вивчати мозок
09:21
and look at the individual molecules,
221
549701
1796
і розглядати окремі молекули,
09:23
because we've moved them
far apart enough from each other
far apart enough from each other
222
551521
2707
тому що ми їх розділили
09:26
that we can tell them apart.
223
554252
1698
для того, щоб розрізняти.
09:27
So the hope here is that
we can make the invisible visible.
we can make the invisible visible.
224
555974
2834
Ми надіємося, що невидиме стане видимим.
09:30
We can turn things that might seem
small and obscure
small and obscure
225
558832
2566
Ми можемо збільшити малесенькі
і незрозумілі речі,
і незрозумілі речі,
09:33
and blow them up
226
561422
1151
і збільшивши,
09:34
until they're like constellations
of information about life.
of information about life.
227
562597
3177
ми б змогли зібрати необхідну інформацію.
09:37
Here's an actual video
of what it might look like.
of what it might look like.
228
565798
2375
Ось докладне відео, як це може виглядати.
09:40
We have here a little brain in a dish --
229
568197
2371
Тут в нас маленький мозок в чашці,
09:42
a little piece of a brain, actually.
230
570592
1747
точніше, частина мозку.
09:44
We've infused the polymer in,
231
572363
1596
Ми помістили полімери всередину
09:45
and now we're adding water.
232
573983
1467
і тепер додаємо воду.
09:47
What you'll see is that,
right before your eyes --
right before your eyes --
233
575474
2358
Те, що ви зараз побачите на власні очі,
09:49
this video is sped up about sixtyfold --
234
577856
1923
це відео, пришвидшене в 6 разів.
09:51
this little piece of brain tissue
is going to grow.
is going to grow.
235
579803
2725
Зараз ця маленька частина мозку
почне збільшуватися в розмірі.
почне збільшуватися в розмірі.
09:54
It can increase by a hundredfold
or even more in volume.
or even more in volume.
236
582552
3180
Вона може збільшитися в об’ємі
в сто разів і навіть більше.
в сто разів і навіть більше.
09:57
And the cool part is, because
those polymers are so tiny,
those polymers are so tiny,
237
585756
2949
І найцікавіше те, що ці полімери
настільки малі,
настільки малі,
10:00
we're separating biomolecules
evenly from each other.
evenly from each other.
238
588729
2559
і що біомолекули відділяються
одна від одної рівномірно.
одна від одної рівномірно.
10:03
It's a smooth expansion.
239
591312
1658
Це плавне розширення.
10:04
We're not losing the configuration
of the information.
of the information.
240
592994
2687
ми не втрачаємо структуру інформації.
10:07
We're just making it easier to see.
241
595705
2700
Ми лише робимо так, щоб їх було
легше роздивитися.
легше роздивитися.
10:11
So now we can take
actual brain circuitry --
actual brain circuitry --
242
599333
2176
Тепер видно точну схему мозку -
10:13
here's a piece of the brain
involved with, for example, memory --
involved with, for example, memory --
243
601533
3134
ось, наприклад, частина мозку,
яка відповідає за пам’ять.
яка відповідає за пам’ять.
10:16
and we can zoom in.
244
604691
1263
Ми можемо приблизити її.
10:17
We can start to actually look at
how circuits are configured.
how circuits are configured.
245
605978
2890
Можна подивитися, як налаштовані схеми.
10:20
Maybe someday we could read out a memory.
246
608892
1968
Можливо, колись ми зможемо
прочитати нашу пам’ять.
прочитати нашу пам’ять.
10:22
Maybe we could actually look
at how circuits are configured
at how circuits are configured
247
610884
2779
Мабуть, ми могли б зрозуміти,
як діють схеми
як діють схеми
10:25
to process emotions,
248
613687
1152
при опрацюванні емоцій,
10:26
how the actual wiring
of our brain is organized
of our brain is organized
249
614863
2922
як організована схема нашого мозку,
10:29
in order to make us who we are.
250
617809
2567
що робить нас тими, хто ми є.
10:32
And of course, we can pinpoint, hopefully,
251
620400
2047
а також ми надіємося, що зможемо
визначити
визначити
10:34
the actual problems in the brain
at a molecular level.
at a molecular level.
252
622471
3159
проблемні ділянки в мозку
на молекулярному рівні.
на молекулярному рівні.
10:37
What if we could actually
look into cells in the brain
look into cells in the brain
253
625654
2569
Якщо б ми змогли заглянути в клітини мозку
10:40
and figure out, wow, here are the 17
molecules that have altered
molecules that have altered
254
628247
3083
і вияснити, що, нічого собі, ці 17 молекул
поміняли свій вигляд
поміняли свій вигляд
10:43
in this brain tissue that has been
undergoing epilepsy
undergoing epilepsy
255
631354
3455
в тканинах мозку, яка страждає від епілепсії
10:46
or changing in Parkinson's disease
256
634833
1650
або захворювання Паркінсона,
10:48
or otherwise being altered?
257
636507
1517
або ще чогось іншого.
10:50
If we get that systematic list
of things that are going wrong,
of things that are going wrong,
258
638048
3043
Якщо ми отримаємо точний список відхилень,
10:53
those become our therapeutic targets.
259
641115
2199
то зможемо визначити, як їх лікувати.
10:55
We can build drugs that bind those.
260
643338
1677
Ми зможемо винайти ліки
від цих захворювань
від цих захворювань
10:57
We can maybe aim energy
at different parts of the brain
at different parts of the brain
261
645039
2627
Мабуть, ми зможемо перенаправляти
енергію в різні відділи мозку,
енергію в різні відділи мозку,
10:59
in order to help people
with Parkinson's or epilepsy
with Parkinson's or epilepsy
262
647690
2687
щоб помогти людям з захворюванням
Паркінсона, епілепсією
Паркінсона, епілепсією
11:02
or other conditions that affect
over a billion people
over a billion people
263
650401
2551
і іншими хворобами,
понад мільярду людей
понад мільярду людей
11:04
around the world.
264
652976
1213
по всьому світу.
11:07
Now, something interesting
has been happening.
has been happening.
265
655246
2206
Зараз відбувається щось цікаве.
11:09
It turns out that throughout biomedicine,
266
657476
2705
Виявилося, що в біомедицині
є й інші проблеми,
є й інші проблеми,
11:12
there are other problems
that expansion might help with.
that expansion might help with.
267
660205
2666
які можуть вирішитися за допомогою
збільшення мозку.
збільшення мозку.
11:14
This is an actual biopsy
from a human breast cancer patient.
from a human breast cancer patient.
268
662895
3234
Ось біопсія пацієнтки з раком
молочної залози.
молочної залози.
11:18
It turns out that if you look at cancers,
269
666505
2188
Якщо подивитися на клітини раку,
11:20
if you look at the immune system,
270
668717
1611
на імунну систему,
11:22
if you look at aging,
if you look at development --
if you look at development --
271
670352
2513
на процес старіння, на розвиток хвороби,
11:24
all these processes are involving
large-scale biological systems.
large-scale biological systems.
272
672889
4497
видно, що у всі ці процеси залучені
великі біологічні системи.
великі біологічні системи.
11:29
But of course, the problems begin
with those little nanoscale molecules,
with those little nanoscale molecules,
273
677410
4024
Звичайно, всі проблеми починаються
з цих маленьких наномолекул,
з цих маленьких наномолекул,
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
механізмів, які змушують клітини
і органи працювати.
і органи працювати.
11:37
So what we're trying
to do now is to figure out
to do now is to figure out
275
685351
2222
Зараз ми намагаємось вияснити,
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
чи зможемо ми отримати схему будівельних
блоків за допомогою цієї технології
блоків за допомогою цієї технології
11:43
in a wide variety of diseases.
277
691087
1745
в величезній різноманітності захворювань.
11:44
Can we actually pinpoint
the molecular changes in a tumor
the molecular changes in a tumor
278
692856
2896
Чи зможемо ми визначити
молекулярні зміни в пухлині
молекулярні зміни в пухлині
11:47
so that we can actually
go after it in a smart way
go after it in a smart way
279
695776
2369
і відстежити те місце,
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
куди потрібно направити ліки,
щоб знищити небезпечні для нас клітини?
щоб знищити небезпечні для нас клітини?
11:54
You know, a lot of medicine
is very high risk.
is very high risk.
281
702137
2335
Знаєте, медицина - це завжди ризик.
11:56
Sometimes, it's even guesswork.
282
704496
1782
Інколи, це навіть вибір навмання.
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
Ми надіємося, що зможемо перетворити
ці ризиковані спроби
ці ризиковані спроби
12:02
into something that's more reliable.
284
710525
1769
в щось дуже надійне.
12:04
If you think about the original moon shot,
285
712318
2055
Згадайте наш політ на Місяць,
12:06
where they actually landed on the moon,
286
714397
1898
який здійснився лише
12:08
it was based on solid science.
287
716319
1444
завдяки науці.
12:09
We understood gravity;
288
717787
1603
Ми вивчили гравітацію
12:11
we understood aerodynamics.
289
719414
1341
і аеродинаміку.
12:12
We knew how to build rockets.
290
720779
1395
Ми знаємо, як будувати ракети.
12:14
The science risk was under control.
291
722198
2468
Наукові ризики були під контролем.
12:16
It was still a great, great
feat of engineering.
feat of engineering.
292
724690
2753
Це був величезний успіх в інженерії.
12:19
But in medicine, we don't
necessarily have all the laws.
necessarily have all the laws.
293
727467
2645
Але в медицині немає
всіх цих законів.
всіх цих законів.
12:22
Do we have all the laws
that are analogous to gravity,
that are analogous to gravity,
294
730136
3109
Чи є у нас закони, аналогічні гравітації
12:25
that are analogous to aerodynamics?
295
733269
2344
та аеродинаміці?
12:27
I would argue that with technologies
296
735637
1730
Я вважаю, що за допомогою технології,
12:29
like the kinds I'm talking about today,
297
737391
1872
про яку я сьогодні говорив,
12:31
maybe we can actually derive those.
298
739287
1693
можливо, ми виведемо всі закони.
12:33
We can map the patterns
that occur in living systems,
that occur in living systems,
299
741004
2857
Ми можемо відзначити зразки,
які зустрічаються в живих організмах
які зустрічаються в живих організмах
12:35
and figure out how to overcome
the diseases that plague us.
the diseases that plague us.
300
743885
4558
і вияснимо, як подолати захворювання,
які нас так непокоять.
які нас так непокоять.
12:41
You know, my wife and I
have two young kids,
have two young kids,
301
749499
2079
У нас з жінкою є двоє маленьких дітей,
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
і одна з моїх надій, як біоінженера,
зробити їхнє життя кращим,
зробити їхнє життя кращим,
12:46
than it currently is for us.
303
754860
1729
ніж воно є зараз.
12:48
And my hope is, if we can
turn biology and medicine
turn biology and medicine
304
756613
3730
Я сподіваюся, що ми зможемо
змінити біологію і медицину
змінити біологію і 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
і перетворити ці ризиковані спроби,
які залежать від удачі,
які залежать від удачі,
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 надійне лікування за допомогою навичок
і наполегливої роботи,
і наполегливої роботи,
13:00
then that would be a great advance.
307
768699
1898
і це буде великим прогресом.
13:02
Thank you very much.
308
770621
1206
Дякую за увагу.
13:03
(Applause)
309
771851
10383
(Оплески)
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