Manusia sudah lama terpesona
dengan otak manusia.
Kita memetakan, melukiskan,
dan menggambarkannya,
kita memetakannya.
Lalu seperti peta fisik dari dunia kita
yang telah banyak dipengaruhi oleh teknologi --
seperti Google Maps,
atau GPS --
hal yang sama juga terjadi dalam pemetaan otak
melalui transformasi ini.
Lalu mari kita melihat pada otak.
Kebanyakan orang saat pertama kali melihat otak manusia yang segar
mereka berkata, "Itu tidak seperti apa yang biasa anda lihat
saat ada orang yang menunjukkan sebuah otak."
Biasanya, yang Anda lihat adalah otak yang kaku, berwarna kelabu.
Dan lapisan luar ini, ini adalah pembuluh darah
yang sangat luar biasa, mengelilingi otak manusia.
Ini adalah pembuluh darah.
20 persen dari oksigen
yang masuk ke paru-paru Anda,
20 persen dari darah yang dipompa dari jantung Anda
melayani organ tubuh yang satu ini,
yang ukurannya, jika Anda mengepalkan kedua tangan,
ukurannya hanya sedikit lebih besar daripada kedua kepalan tangan ini.
Ilmuwan, pada sekitar akhir abad 20
menyadari bahwa mereka dapat melacak aliran darah
untuk memetakan kegiatan yang terjadi
di otak manusia tanpa mengganggu otak.
Sebagai contoh, mereka dapat melihat pada bagian belakang otak
yang ada di sana.
Itulah cerebellum, bagian yang membuat Anda tegak sekarang.
Bagian ini membuat saya tetap berdiri. Ia mengatur gerakan terkoordinasi.
Bagian ini adalah temporal cortex.
Inilah bagian pengolahan pendengaran utama --
sehingga Anda bisa mendengar suara saya,
Anda mengirimkannya ke pusat pengolahan bahasa yang lebih tinggi.
Di bagian depan otak
adalah tempat di mana pemikiran yang lebih sulit, pengambilan keputusan --
inilah bagian yang paling akhir menjadi dewasa.
Inilah tempat di mana semua proses pengambilan keputusan dilakukan.
Inilah tempat di mana saat ini Anda memutuskan
mungkin Anda tidak mau memesan steak untuk makan malam.
Jadi jika Anda melihat otak lebih dalam
jika Anda melihat pada penampang melintangnya,
salah satu yang Anda lihat
adalah Anda tidak benar-benar melihat struktur yang utuh.
Namun ada banyak struktur di sana.
Sel-sel dan kabelnya saling terhubung.
Sekitar 100 tahun yang lalu,
beberapa ilmuwan menemukan pewarna yang dapat menandai sel.
Pewarna itu ditunjukkan dengan warna biru muda ini.
Anda bisa melihat daerah
di mana sel-sel tubuh normal sedang ditandai.
Dan yang Anda lihat pewarna ini tidak seragam. Anda melihat banyak sekali struktur di sana.
Jadi bagian luar dari otak itu
adalah neocortex.
Bisa dianggap sebuah unit pengolahan kontinu.
Namun Anda juga bisa melihat beberapa hal di bawahnya.
Dan semua daerah kosong ini
adalah daerah di mana kabel-kabel itu berada.
Mungkin daerah ini tidak terlalu padat.
Jadi ada sekitar 86 milyar neuron di dalam otak kita.
Dan seperti yang Anda lihat, mereka tersebar dengan tidak merata.
Dan bagaimana mereka tersebar benar-benar berkontribusi
pada fungsi mereka.
Dan tentu saja, seperti yang telah saya sebutkan
karena kita dapat mulai memetakan fungsi otak,
kita dapat mulai mengaitkan hal ini dengan sel-sel tunggal.
Jadi mari kita melihat lebih jauh.
Mari kita melihat pada neuron,
jadi seperti yang saya sebutkan, ada 86 milyar neuron.
Ada juga sel-sel yang lebih kecil ini.
Ini adalah sel-sel pendukung -- astrosit glia.
Dan sel saraf itu sendiri
adalah sel-sel yang menerima masukan.
Mereka menyimpan dan mengolahnya.
Setiap neuron terhubung dengan sinapsis
dengan hingga 10.000 neuron lain dalam otak Anda.
Dan setiap neuron itu sendiri
sangat unik.
Sifat unik dari setiap neuron itu
dan neuron di dalam bagian tertentu dari otak
ditentukan oleh sifat-sifat dasar
dari biokimia dasarnya.
Ini adalah protein
yang mengendalikan hal-hal seperti pergerakan saluran ion.
Protein ini mengendalikan siapa rekan dari sistem sel-sel syaraf.
Dan mereka mengendalikan
semua yang harus dilakukan oleh sistem syaraf.
Lalu jika kita memperbesarnya lebih jauh,
semua protein ini
tersandikan dalam genom kita.
Kita semua masing-masing memiliki 23 pasang kromosom.
Kita mendapat 1 dari ibu dan 1 dari ayah.
Dan di dalam kromosom ini
ada sekitar 25.000 gen
yang tersandikan di dalam DNA.
Dan sifat dasar dari setiap sel
dalam menentukan biokimia yang ada di dalamnya
ditentukan oleh gen mana di antara 25.000 gen itu
yang aktif
dan sejauh mana gen itu aktif.
Jadi, proyek kami
adalah melihat pada bacaan ini,
memahami gen yang mana yang diaktifkan dari 25.000 gen yang ada.
Jadi untuk melakukan proyek seperti ini,
kami memerlukan otak.
Jadi kami mengirimkan teknisi lab kami.
Kami mencari otak manusia normal.
Kami akhirnya mulai dari
kamar otopsi.
Inilah tempat penampungan orang meninggal.
Kami mencari otak manusia normal.
Ada banyak syarat dalam memilih otak-otak ini.
Kami ingin memastikan
bahwa kami mendapat otak orang normal berusia antara 20 hingga 60 tahun,
mereka meninggal secara alami
tanpa cedera di otak,
tanpa sejarah penyakit kejiwaan,
tanpa obat-obatan --
kami melakukan pemeriksaan racun.
Dan kami sangat berhati-hati
dengan otak yang kami ambil.
Kami juga memilih otak
di mana kami bisa mendapatkan jaringannya,
kami dapat memperoleh persetujuan untuk mengambil jaringan itu
dalam 24 jam setelah kematian.
Karena apa yang kami coba ukur, RNA --
yang merupakan bacaan dari gen kita --
sangat labil,
sehingga kami harus bergerak sangat cepat.
Salah satu catatan dalam mengambil otak ini:
karena cara kami mengambilnya
dan karena kami memerlukan persetujuan,
kami mendapat lebih banyak otak pria dibandingkan otak wanita.
Pria jauh lebih mungkin meninggal dalam usia emas kehidupannya.
Dan pria jauh lebih mungkin
memiliki orang untuk memberi persetujuan, yaitu pasangannya,
ketimbang sebaliknya.
(Tawa)
Jadi hal pertama yang kami lakukan saat mengambilnya
adalah kami mengambil apa yang disebut MR.
Pemindaian resonansi magnetik -- MRI.
Ini adalah prosedur standar di mana kami akan meletakkan data selanjutnya.
Jadi kami mengumpulkan data MR ini.
Anda bisa menganggap ini adalah tampak atas dari peta kami.
Selanjutnya
kami mengumpulkan apa yang disebut pencitraan penyebaran otot.
Pencitraan ini memetakan kabel-kabel besar di otak.
Dan Anda dapat membayangkan hal ini
hampir seperti memetakan jalan raya antarnegara bagian.
Otak ini dipisahkan dari tengkorak
lalu diiris menjadi irisan setebal 1 cm.
Selanjutnya otak dibekukan
dan dikirim ke Seattle.
Dan di Seattle, kami mengambil ini --
ini adalah belahan manusia --
dan kami menaruhnya di dalam pemotong daging yang "mulia."
Di sana ada pisau yang akan memotong
bagian dari jaringan ini
dan memindahkannya ke kaca objek mikroskop.
Kami akan memasukkan pewarna ke dalamnya
dan memindainya.
Lalu apa yang kami dapatkan adalah peta pertama.
Jadi di sinilah para ahli terlibat
dan mereka membuat anatomi dasarnya.
Anda dapat menganggap garis-garis yang cukup luas itu
sebagai batas negara bagian.
Dari sana, kita dapat memotong otak itu menjadi bagian-bagian kecil
yang dapat kita masukkan ke dalam alat pembeku yang lebih kecil.
Dan ini hanyalah contohnya --
jaringan beku ini sedang dipotong.
Jaringan ini tebalnya 20 mikron, setebal sekitar rambut bayi.
Dan ingat, jaringan ini beku.
Dan anda bisa melihat,
kami menerapkan teknologi lama bernama kuas.
Kami mengambil kaca objek mikroskop.
Lalu kami melelehkannya dengan hati-hati.
Lelehan ini akan dipasang ke robot
yang akan memasukkan pewarna ke dalamnya.
Dan ahli anatomi kami akan datang dan melihat lebih jauh akan hal ini.
Kembali, inilah apa yang mereka dapat lihat di bawah mikroskop.
Anda bisa melihat kumpulan dan susunan
dari sel-sel besar dan kecil
dalam gugusan dan di berbagai tempat.
Selanjutnya hanya prosedur rutin. Mereka paham apa yang harus dilakukan.
Dan mereka dapat membuat peta panduan.
Ini adalah peta yang lebih rinci.
Ilmuwan kami menggunakan peta ini
untuk kembali pada jaringan itu
dan melakukan apa yang disebut pemindaian laser pembedahan mikro.
Jadi para teknisi mengambil petunjuknya.
Mereka menuliskannya di sana.
Lalu laser itu mulai memotong.
Anda melihat titik-titik biru yang terpotong itu. Dan jaringannya terlepas.
Anda dapat melihat pada penampang mikroskopis ini,
itulah yang sedang terjadi.
Di bawahnya ada wadah yang mengumpulkan jaringan ini.
Kami mengambil jaringan ini
dan memurnikan RNAnya
menggunakan teknologi dasar
lalu kami menandainya dengan floresens.
Kami mengambil bahan itu
dan meletakkannya di wadah yang disebut mikroarray.
Mungkin ini hanya tampak seperti titik-titik bagi Anda,
namun setiap titik ini
sebenarnya bagian unik dari genom manusia
yang kami lihat dengan kaca.
Genom ini memiliki sekitar 60.000 elemen,
jadi kami mengukur berbagai macam gen berulang-ulang
dari 25.000 gen di dalam genom ini.
Lalu kami mengambil contoh dan menggabungkannya,
kami lalu mendapat sidik jari yang unik,
secara quantitatif mengenai gen apa yang aktif pada contoh ini.
Kami melakukan ini berulang-ulang,
pada semua otak yang ada.
Kami mengambil lebih dari seribu contoh untuk setiap otak.
Daerah yang ditunjukkan di sini disebut hippocampus
yang terlibat dalam pembelajaran dan ingatan.
Dan bagian ini meliputi 70 contoh
dari ribuan contoh itu.
Jadi setiap contoh memberikan kami sekitar 50.000 titik data
dengan pengukuran berulang, dengan seribu contoh.
Jadi kami memiliki sekitar 50 juta titik data
untuk setiap otak manusia.
Saat ini kami telah menyelesaikan
data dari 2 otak manusia.
Kami menggabungkannya
menjadi satu hal
dan saya akan menunjukkan bagaimana penampakannya.
Ini adalah sekelompok data yang besar
yang tersedia dengan gratis bagi semua ilmuwan di seluruh dunia.
Mereka bahkan tidak perlu mendaftar untuk menggunakannya,
untuk mengambil data ini dan menemukan hal-hal menarik di sana.
Inilah pengandaian yang kita satukan bersama.
Anda akan mulai mengenali hal ini dari apa yang telah kami ambil sebelumnya.
Inilah MR, yang menyediakan kerangka bagi hal itu.
Ada bagian operator di sebelah kanan yang memungkinkan Anda memutar,
juga memperbesar
dan menandai struktur-struktur tunggal.
Namun yang paling penting,
kami kini memetakannya dalam kerangka anatomi,
yang merupakan kerangka umum bagi orang-orang untuk memahami gen mana yang aktif.
Jadi warna merah itu
menunjukkan gen yang sangat aktif.
Hijau adalah daerah sejuk di mana gen itu tidak aktif.
Dan setiap gen memberikan sidik jari.
Harap diingat bahwa kami menguji 25.000 gen di dalam genom
dan memiliki semua data itu.
Jadi apa yang dapat dipelajari para ilmuwan dari data ini?
Kami baru saja mulai melihat sendiri pada data ini.
Ada beberapa hal dasar yang ingin Anda pahami.
Dua contoh yang bagus adalah obat-obatan,
Prozac and Wellbutrin
Ini adalah obat antidepresi yang biasa diresepkan.
Ingatlah bahwa kami menguji gen ini.
Gen-gen ini mengirimkan petunjuk untuk membuat protein.
Protein adalah sasaran obat-obatan.
Sehingga obat-obatan terikat pada protein
dan akan menonaktifkan atau melakukan hal lainnya.
Jadi jika Anda ingin memahami pengaruh dari obat-obatan,
Anda ingin memahami bagaimana obat itu bereaksi dalam cara yang Anda inginkan
dan dalam cara yang tidak Anda inginkan.
Contohnya dalam efek sampingnya,
Anda ingin melihat di mana gen-gen yang diaktifkan itu.
Dan untuk pertama kalinya, kami dapat melakukan hal itu.
Kami dapat melakukannya dalam otak banyak orang yang kami uji.
Jadi kami dapat melihat melalui otak
dan melihat sidik jari unik itu.
Dan kita dapat memastikan
bahwa, gen-gen ini sungguh menjadi aktif --
karena sesuatu seperti Prozac,
dalam struktur serotonergik, hal-hal yang sudah diketahui terkena pengaruhnya --
namun kami juga dapat melihat gambaran besarnya.
Kami juga melihat daerah yang belum pernah dilihat sebelumnya
dan kami melihat gen-gen itu diaktifkan.
Efek samping ini dapat menjadi sangat menarik.
Hal lain yang dapat Anda lakukan dengan itu
adalah, karena ini adalah sistem pencocokan pola
dan karena ada sidik jari yang unik,
kami dapat memindai seluruh genom ini
dan menemukan protein lain
yang menunjukkan sidik jari yang sama.
Sehingga jika Anda bekerja untuk menemukan obat,
Anda dapat melihat
seluruh daftar yang mungkin dari genom itu
untuk menemukan sasaran yang lebih baik dan mengoptimalkannya.
Kebanyakan dari Anda mungkin akrab
dengan kajian yang berhubungan dengan genom
di mana orang-orang meliput berita
yang mengatakan, "Para ilmuwan telah menemukan gen
yang mempengaruhi X."
Jadi kajian seperti ini
diterbitkan secara rutin oleh para ilmuwan
dan mereka luar biasa. Mereka menganalisis banyak data.
Mereka melihat seluruh genomnya
dan mereka mencoba menemukan pusat kegiatan
yang terhubung dengan gen ini.
Namun apa yang Anda dapatkan dari hal itu
hanyalah daftar gen
yang memberitahukan tentang apa, namun tidak memberitahu di mana.
Jadi penemuan sumber daya ini
akan sangat penting bagi para ilmuwan itu.
Kini mereka dapat bekerja
dan mulai mendapat petunjuk tentang kegiatan itu.
Mereka dapat mulai melihat rute umum --
suatu cara lain yang belum pernah dapat mereka lakukan sebelumnya.
Jadi saya rasa para penonton di sini
dapat memahami pentingnya suatu kepribadian.
Dan saya rasa setiap manusia
memiliki latar belakang genetik yang berbeda,
kita semua hidup secara terpisah.
Namun pada kenyataannya
genom kita lebih dari 99 persen serupa.
Kita semua serupa dalam tingkatan genetik.
Dan apa yang kami temukan
adalah , bahkan pada tingkat biokimia otak,
kita semua cukup serupa.
Dan tingkat keserupaannya bukanlah 99 persen,
namun sekitar 90 persen
dengan tingkat penyisihan tertentu,
jadi pada dasarnya semuanya berhubungan.
Lalu kami menemukan beberapa keganjilan,
bebarapa hal di luar kewajaran.
Dan gen-gen itu sangat menarik
namun juga sangat tersembunyi.
Jadi saya rasa ini adalah pesan
yang penting untuk dibawa,
bahwa walaupun kita mensyukuri semua perbedaan kita,
kita cukup serupa
bahkan pada tingkatan otak.
Kini bagaimana perbedaan itu?
Ini adalah contoh kajian yang kami lakukan
untuk menindaklanjuti tentang bagaimana perbedaan itu sebenarnya --
dan perbedaan itu cukup tersembunyi.
Ini adalah tempat di mana gen menjadi aktif pada sel tunggal.
Ini adalah dua gen yang kami anggap merupakan contoh yang bagus.
Salah satunya adalah RELN -- yang berhubungan dengan perkembangan awal.
DISC1 adalah gen
yang hilang pada penderita skizofrenia.
Orang ini bukan penderita skizofrenia,
namun mereka menunjukkan variasi populasi.
Jadi apa yang Anda lihat di sini
pada pendonor pertama dan keempat,
yang merupakan pengecualian dibandingkan dua donor lainnya,
bahwa gen yang aktif
pada kelompok sel yang khusus.
Warna ungu gelap ini mengendap di dalam sel
yang memberi tahu bahwa gen ini diaktifkan.
Apakah hal itu merupakan petunjuk
akan latar belakang genetik atau pengalaman orang itu,
kami masih tidak tahu.
Kajian seperti ini memerlukan contoh yang jauh lebih banyak.
Jadi saya akan meninggalkan satu catatan
tentang kompleksitas dari otak
dan seberapa jauh lagi kita harus melangkah.
Saya rasa sumber daya ini sangatlah berharga.
Mereka memberikan pegangan kepada para ilmuwan
tentang ke mmana harus melangkah.
Namun kami hanya melihat beberapa orang pada saat ini.
Sudah pasti kami akan melihat lebih banyak orang lagi.
Saya akan menutup dengan mengatakan
bahwa alatnya ada di sana
dan ini adalah daratan yang belum ditemukan dan terjamah.
Ini adalah batas yang baru.
Jadi bagi mereka yang tidak takut
namun kesulitan akan kompleksitas otak,
masa depan telah menanti.
Terima kasih.
(Tepuk tangan)