Ljudi su već dugo vremena fascinirani
mozgom.
Napravili smo grafikone, opisali smo ga,
nacrtali smo ga,
mapirali smo ga.
Baš kao karte svijeta
koje su pod velikim utjecajem tehnologije --
sjetite se Google Map-a,
GPS-a --
ista se transformacija događa
kod mapiranja mozga.
Pogledajmo mozak.
Većina ljudi, kada prvi put ugledaju ljudski mozak,
kaže: „ Ne izgleda kao ono što se tipično
prikazuje kao mozak.“
Uobičajeno, ono što vidite je fiksirani mozak. On je siv.
A ovaj vanjski sloj, to je vaskulatura,
koja je nevjerojatna, oko ljudskog mozga.
Ovo su krvne žile.
20% kisika
dolazi iz pluća,
20% od krvi ispumpane iz vašeg srca
opskrbljuje ovaj organ.
U principu, ako držite dvije šake stisnute zajedno,
mozak je samo malo veći od te dvije šake.
Znanstvenici su, negdje krajem 20. stoljeća,
naučili da mogu, neinvazivno prateći protok krvi
na mapi,
vidjeti gdje se odvija pojedina aktivnost u ljudskom mozgu.
Na primjer, oni mogu vidjeti stražnji dio mozga,
koji se nalazi ovdje.
Tu je mali mozak, koji vas održava uspravnima u ovom trenutku.
On mi pomaže da stojim ovdje. Uključen je u koordinaciju pokreta.
Na ovoj je strani temporalni korteks.
To je područje primarnog auditornog procesiranja --
znači, čujete moje riječi
i šaljete ih u druge centre za daljnju, višu obradu.
Idući prema prednjem dijelu mozga,
nalazi se područje složenijih misli, donošenja odluka --
ono zadnje sazrijeva, u kasnoj odrasloj dobi.
Ovdje se odvijaju svi procesi donošenja vaših odluka.
To je mjesto gdje upravo odlučujete
kako vjerojatno nećete naručiti odrezak za večeru.
Dakle, ako bolje pogledate mozak,
jedna od stvari, ako ga gledate na presjeku,
koju možete vidjeti
jest da zapravo i ne možete vidjeti mnogo struktura tamo.
Ali tu zapravo ima puno struktura.
To su stanice i snopovi, svi međusobno povezani.
Prije otprilike sto godina
znanstvenici su izumili boju koja će obojati stanice.
To je ovdje prikazano kao vrlo svijetlo plava.
Možete vidjeti područja
gdje su obojana normalna tijela stanica.
A ono što možete vidjeti je jako nejednoliko. Možete vidjeti mnoge strukture.
Vanjski je dio mozga
neokorteks.
To je jedna kontinuirana procesorska jedinica, moglo bi se reći.
Ali vi, također, možete vidjeti stvari ispod njega.
I sva ova prazna područja
su područja kroz koja prolaze snopovi, poveznice.
Vjerojatno su manje stanične gustoće.
Postoji otprilike 86 milijardi neurona u našem mozgu.
I kao što možete vidjeti, prilično su nejednoliko raspoređeni.
A način na koji su raspoređeni pridonosi
određivanju njihove temeljne funkcije.
I, naravno, kao što sam već spomenuo,
s obzirom da sada možemo početi mapirati moždane aktivnosti,
možemo početi povezivati te aktivnosti s pojedinim stanicama.
Sada pogledajmo malo dublje.
Pogledajmo neurone.
Kao što sam već rekao, postoji 86 milijardi neurona.
Tu su i ove manje stanice, kao što vidite.
Ovo su potporne stanice -- astroglija stanice.
Sami živci
su oni koji primaju signal.
Oni ga pohranjuju, oni ga obrađuju.
Svaki je neuron, preko sinapsi, spojen s
do 10.000 drugih neurona u našem mozgu.
I svaki je neuron, sam za sebe,
prilično jedinstven.
Jedinstveni karakter, kako individualnih neurona,
tako i neurona unutar područja u mozgu,
određen je temeljnim značajkama
njihove biokemijske podloge.
Ovo su proteini.
To su proteini koji kontroliraju stvari kao što je prolazak kroz ionske kanale.
Oni kontroliraju s kim se povezuju stanice živčanog sustava.
I oni, u osnovi, kontroliraju
sve što živčani sustav mora činiti.
Ako pogledamo sve to na još dubljoj razini,
svi su ti proteini
kodirani našim genomima.
Svatko od nas ima 23 para kromosoma.
Jedan dobijemo od majke, jedan od oca.
Na ovim se kromosomima
nalazi otprilike 25.000 gena.
Oni su kodirani u DNK.
I prirodu ovih stanica,
određujući njihovu biokemijsku podlogu,
diktira koji je od ovih 25.000 gena
aktivan
i na kojem je stupnju aktivan.
Naš projekt
pokušava razumijeti ovo iščitavanje,
shvatiti koji je od ovih 25.000 gena aktivan.
Znači, kako bismo proveli takav projekt,
očito je da trebamo nekakve mozgove.
Zato smo poslali našeg laboratorijskog tehničara u potragu.
Tražili smo normalne ljudske mozgove.
Počeli smo s
uredom za medicinsko vještačenje.
To je mjesto gdje dovode mrtve.
Mi tražimo normalne ljudske mozgove.
Brojni su kriteriji po kojima izabiremo ove mozgove.
Želimo biti sigurni
da imamo normalne ljudske mozgove starosti između 20 i 60 godina,
da su ljudi umrli prirodnom smrću,
bez ozljeda mozga,
da nisu imali zabilježenih psihijatrijskih poremećaja,
prisutnosti droge --
zato radimo toksikološki pregled.
I jako smo pažljivi
u pogledu mozgova koje uzimamo.
Također, tražimo mozgove
od kojih možemo uzeti uzorak,
one za koje u roku od 24 sata od trenutka smrti
dobijemo dozvolu da uzmemo uzorak.
Ovo radimo zato što je ono što pokušavamo analizirati, RNK --
koja je iščitanje naših gena --
vrlo labilno
pa moramo brzo djelovati.
Još jedna napomena o prikupljanju mozgova:
zbog načina na koji prikupljamo
i zato što tražimo suglasnost,
imamo puno više muških, nego ženskih mozgova.
Muškarci imaju veće šanse umrijeti slučajnom smrću u najboljim godinama svoga života.
I muškarci imaju veće šanse
da će njihova bolja polovica, supruga, dati suglasnost
za navedeno, nego obrnuto.
(Smijeh)
Prva stvar koju činimo na mjestu prikupljanja
je MR.
To je magnetska rezonanca -- MRI.
To je standardni predložak prema kojemu ćemo određivati ostatak ovih podataka.
Zato snimamo MR.
Ovo možete smatrati satelitskim prikazom naše karte.
Sljedeći je korak
skupljanje difuznog prikaza.
Ovo prikazuje velike poveznice u mozgu.
I opet, na ovo možete gledati
kao na kartu naših državnih autocesta, ako hoćete.
Mozak je prvo odstranjen iz lubanje
i zatim je narezan na kriške debljine jednog centimetra.
One su čvrsto zamrznute
i poslane u Seattle.
U Seattleu uzimamo ove --
ovo je cijela hemisfera --
i stavljamo ih u nešto što je, u principu, slično rezaču za meso.
Ovdje je oštrica koja će prerezati
dio tkiva
i pretvoriti ga u mikroskopski preparat.
Tada ćemo nanijeti jednu od boja na njega
i skenirati ga.
I ono što dobijemo jest naša prva mapa.
Ovo je trenutak kada dolaze stručnjaci
i obavljaju osnovne anatomske zadatke.
Možete ovo smatrati kao državne granice, ako hoćete,
ove grube crte.
Od ovoga možemo vršiti daljnu fragmentaciju mozga, na komadiće
koje možemo staviti na manji kriostat.
Ovdje to možete vidjeti --
ovo je zamrznuto tkivo i ono se reže.
Ovo je tanko 20 mikrona, to je otprilike debljina bebine dlake kose.
I zapamtite, ovo je smrznuto.
Ovdje možete vidjeti
tradicionalanu tehnologiju nanošenja boje kistom.
Uzimamo mikroskopski uzorak.
Zatim ga pažljivo otapamo.
Ovo će sada ići u uređaj
koji će nanijeti neku od boja na njega.
I naši anatomi će zatim bolje proučiti uzorak.
Ovo je ono što mogu vidjeti pod mikroskopom.
Možete vidjeti nakupine i strukture
velikih i malih stanica
u skupinama i različitim mjestima.
Dalje je sve rutinski. Anatomi znaju gdje obaviti koje poslove.
I mogu napraviti osnovni referentni atlas.
To je još malo detaljnija mapa.
Naši znanstvenici, tada, koriste ovo
kako bi se vratili na drugi komadić tkiva
i napravili ono što zovemo laserska mikrosekcija.
Tehničar daje upute.
On ih piše na jedno mjesto.
I tada laser reže.
Možete vidjeti ovu plavu točku koja reže. I to tkivo otpada.
Možete sve vidjeti na mikrosposkom uzorku ovdje,
ovo se događa u istom vremenu.
Ispod je spremnik koji prikuplja tkivo.
Mi uzimamo to tkivo,
vadimo RNK iz njega
koristeći jednostavnu tehnologiju
i tada stavljamo flourescentnu oznaku na njega.
Uzimamo označeni materijal
i stavljamo ga na neku vrstu mikropločice.
Vama ovo sada možda izgleda kao hrpa točkica,
ali svaka je pojedina točkica
jedinstven komadić ljudskog genoma
koji smo uočili na staklu.
Ovo ima, grubo rečeno, oko 60.000 elemenata na sebi --
zato konstantno mjerimo različite verzije gena
od ukupnih 25.000 gena u genomu.
I kada uzmemo uzorak i križamo ga s ovim,
dobivamo jedinstveni otisak prsta, ako ćete tako lakše shvatiti,
kvantitet gena koji su aktivni u tom uzorku.
Zatim to činimo ponovno i ponovno,
ponavljamo ovaj proces za svaki dani mozak.
Uzimamo preko tisuću uzoraka iz svakog mozga.
Ovo područje ovdje naziva se hippokampus.
Uključen je u procese učenja i pamćenja.
I on daje oko 70 uzoraka
od ovih 1.000 uzoraka.
Svaki nam uzorak daje otprilike 50.000 podataka.
Ponavljamo postupke na 1.000 uzoraka.
Grubo rečeno, imamo 50 milijuna podataka
za dani ljudski mozak.
Dosada smo obradili
količinu podataka koja odgovara količini za dva ljudska mozga.
Sve smo to spojili
u jedno
i sada ću vam pokazati kako ta sinteza izgleda.
To je, u principu, velika baza podataka i informacija
koja je besplatna i dostupna svakom znanstveniku na svijetu.
Ne moraju se čak niti prijaviti kako bi koristili ovaj program,
ovu bazu, i otkrivali zanimljive stvari s nama.
Ovo su modeli koje smo sklopili i postavili.
Prepoznat ćete ove stvari prema onome što smo prethodno prikupljali.
Evo MR-a. On pruža okvirnu sliku.
Desno je operativni sistem koji vam omogućava da okrećete,
povećavate,
istaknete pojedine strukture.
No, ono što je najvažnije,
jest to da mi sada pravimo mapu u ovom anatomskom okviru,
koji je jednostavan okvir preko kojeg ljudi mogu shvatiti koji su geni aktivni.
Crveni slojevi su
mjesta gdje je neki gen aktivan u velikoj mjeri.
Zeleno su mjesta gdje nije uključen.
A svaki nam gen daje svoj otisak.
I zapamtite da smo analizirali svih 25.000 gena u genomu
i da su nam dostupni svi ti podaci.
Dakle, što znanstvenici mogu naučiti iz ove baze?
Mi tek krećemo pregledavati te podatke osobno.
Postoje neke osnovne stvari koje biste trebali razumijeti.
Dva izvrsna primjera su lijekovi
Prozac i Wellbutrin.
To su najčešće propisivani antidepresivi.
Sad upamtite, mi analiziramo gene.
Geni šalju upute za pravljenje proteina.
A proteini su meta lijekova.
Lijekovi se vežu na proteine
i, ili ih inhibiraju ili rade nešto drugo ...
Stoga, ako želite razumijeti djelovanje lijekova,
želite razumijeti način na koji djeluju kako biste vi to željeli
i, naravno, način na koji ne želite da djeluju.
Pri nuspojavama, na primjer,
želite vidjeti gdje su ti geni uključeni.
I prvi put, mi to zapravo možemo učiniti.
Mi to možemo napraviti za više pojedinaca koje smo analizirali.
Sada možemo gledati kroz mozak.
Možemo vidjeti ovaj jedinstveni otisak prsta.
I možemo dobiti potvrdu.
Možemo potvrditi da, uistinu, gen jest uključen --
za nešto poput Prozaca,
u serotonergičkim strukturama, za koje se već zna da su pod utjecajem,
ali sada, također, možemo vidjeti kompletan prikaz.
Također, možemo vidjeti područja koja nitko nikada nije pregledavao
i koji su geni tamo aktivni.
To je zanimljiv nusprodukt.
Još jedna zanimljiva stvar koju možete učiniti,
jer je ovo vježba uspoređivanja s uzorkom
i jer postoji jedinstveni otisak,
možete proći kroz cijeli genom
i vidjeti druge proteine
koji pokazuju sličnost ovima.
Stoga, ako ste u procesu traženja lijeka, na primjer,
možete proći kroz
cijelo izlistanje onoga što genom ima za ponuditi
kako biste, možda, našli bolje mete za lijek i na taj način optimizirali djelovanje lijeka.
Većina vas je vjerojatno upoznata
s genomom -- širok spektar studija
koji se tiče liječenja ljudi u vijestima
govori : „Znanstvenici su nedavno pronašli gen ili gene
koji utječu na nešto ...“
Ovakve se studije
rutinski objavljuju od strane znanstevnika
i one su sjajne. One analiziraju velike populacije.
One razmatraju cijele njihove genome
i pokušavaju naći mjesta aktivnosti
koja su uzročno povezana s genima.
Ali ono što dobijete od ovakve studije
jest obična lista gena.
Govori vam koji su, ali vam ne govori gdje.
I zato je od iznimne važnosti za ove istraživače
to što smo kreirali ovakavu bazu.
Sada mogu doći i
dobiti neke naznake o aktivnosti gena.
Mogu početi tražiti zajedničke puteve --
sve druge stvari koje jednostavno nisu bili u mogućnosti činiti prije.
Smatram da ova publika posebno
može razumijeti važnost individualnosti.
I smatram da to može svaki čovjek,
mi svi imamo drugačije genetičke pozadine,
svi živimo različite, odvojene živote.
Ali činjenica je da
naši genomi pokazuju više od 99% sličnosti.
Na genetičkoj smo razini slični.
I ono što nalazimo,
zapravo, čak i na biokemijskoj razini mozga,
jest da smo prilično slični.
Ovo pokazuje da nije baš 99%,
ali je otprilike 90% podudarnosti
na normalnom uzorku.
Sve u oblaku je prilično povezano.
A tada nalazimo neka odstupanja,
neke stvari koje se nalaze izvan oblaka.
I ti su geni interesantni,
ali su prilično nezamjetni.
Stoga, smatram da je važna poruka
koju trebamo ponijeti doma danas
to da smo, iako slavimo svu našu različitost,
zapravo prilično slični,
čak i na razini mozga.
Sada, kako izgledaju te razlike?
Ovo je primjer studije koju smo radili
kako bismo točno vidjeli koje su to razlike --
i bile su prilično nezamjetne.
Ovdje su geni aktivni u individualnim stanicama.
Ovo su dva gena koja smo izdvojili kao dobar primjer.
Jedan je nazvan RELN -- on je aktivan u ranim razvojnim fazama.
DISC1 je gen
koji je izbrisan kod šizofrenije.
Ovo nisu uzorci od osoba koje boluju od šizofrenije,
ali pokazuju neke varijacije u populaciji.
Ovo što vidite ovdje
kod donora 1 i donora 4,
koji su iznimke u odnosu na ostale,
jest da su geni aktivni
u prilično specifičnim podskupinama u stanici.
Ovaj tamnoljubičasti talog unutar stanice
nam govori da je gen tamo aktivan.
Ovisi li to ili ne ovisi
o individualnoj genetičkoj podlozi ili njihovim prethodnim iskustvima,
ne znamo.
Ove vrste studija zahtijevaju mnogo veće populacije.
Ostavit ću vas s konačnom mišlju
o složenosti mozga
i koliko je još toga za istražiti pred nama.
Smatram da su ovo podatci od iznimne važnosti.
Oni daju istraživačima putokaz,
u kojem smjeru ići.
Ali u ovom trenutku gledamo samo na skupinu pojedinaca.
U budućnosti ćemo svakako gledati na više toga.
Završit ću rekavši
da je tehnologija dostupna
i da je ovo uistinu neistraženo, neotkriveno područje.
Ovo je nova granica.
I, stoga, za one koji su neustrašivi,
ali ipak ponizni pred složenosti mozga,
budućnost je pred vama.
Hvala.
(Pljesak)