Manusia telah lama terpesona oleh
otak manusia
Kita mencartakannya; kita menghuraikannya;
kita melukisnya;
kita memetakannya.
Seperti peta-peta fizikal dunia kita
yang telah banyak dipengaruhi oleh teknologi --
bayangkan Google Maps,
bayangkan GPS --
perkara yang sama sedang berlaku kepada pemetaan otak menerusi transformasi.
Mari kita lihat otak manusia.
Kebanyakan orang yang lihat otak manusia pada kali pertama
akan kata, "Ia tidak kelihatan apa yang biasanya dilihat
apabila seseorang tunjukkan sebuah otak kepada anda."
Biasanya, apa yang anda lihat ialah otak yang telah diawet. Ia berwarna kelabu.
Lapisan luar ini ialah vaskulatur yang menakjubkan, ia di sekitar otak manusia.
Inilah saluran darah.
20% daripada oksigen yang datang dari peparu anda,
20% daripada darah yang dipam oleh jantung anda,
dibekalkan kepada organ ini.
Letakkan kedua-dua buku lima bersama,
otak adalah sedikit lebih besar daripadanya.
Ahli sains, lebih kurang pada hujung abad ke-20,
tahu mereka boleh menjejaki pengaliran darah untuk memetakannya secara tidak invasif
lokasi di mana aktiviti sedang berlaku di dalam otak manusia.
Contohnya, mereka boleh lihat bahagian belakang otak,
seperti yang sedang berpusing itu.
Itu serebelum. Ia mengekalkan postur tegak anda.
Ia membolehkan saya berdiri. Ia terlibat dalam koordinasi pergerakan.
Di sebelah ini ialah korteks temporal.
Ia bahagian di mana proses pendengaran primer --
jadi anda boleh mendengar kata-kata saya
dan menghantarkannya ke pusat pemprosesan bahasa atasan.
Bahagian depan otak ialah tempat di mana semua pemikiran lebih kompleks, membuat keputusan --
ia struktur terakhir yang menjadi matang di peringkat dewasa lewat.
Inilah tempat di mana semua proses membuat keputusan berlaku.
Ia tempat di mana anda membuat keputusan sekarang,
barangkali anda tidak akan memesan stik untuk makan malam.
Jika anda meneliti otak,
jika anda melihat keratan rentas otak,
apa yang berlaku ialah,
anda tidak dapat melihat banyak struktur di sana.
Sebenarnya terdapat banyak struktur di sana.
Terdapat sel-sel yang dirangkaikan bersama.
Lebih kurang seratus tahun dahulu,
ahli sains mencipta sejenis pewarna yang boleh mewarnakan sel.
Ia yang ditunjukkan oleh biru muda.
Anda boleh melihat kawasan-kawasan
di mana sel-sel saraf telah diwarnakan.
Ia tidak begitu seragam. Anda boleh melihat lebih banyak struktur di sana.
Bahagian luar otak ialah neokorteks.
Ia sebuah unit pemprosesan berterusan.
Anda juga boleh melihat benda-benda di bawah.
Kesemua kawasan kosong ini
ialah kawasan-kawasan terdapatnya saraf.
Kawasan-kawasan ini kurang padat dengan sel-sel.
Terdapat kira-kira 86 bilion sel saraf di dalam otak kita.
Seperti yang anda lihat, ia tersebar secara tidak seragam.
Bagaimana ia tersebar menyumbang kepada fungsi-fungsi asasnya.
Seperti yang saya katakan tadi,
oleh sebab kita mampu memetakan fungsi-fungsi otak,
kita boleh mengaitkannya dengan sel-sel individu.
Jadi mari kita menelitinya.
Mari kita lihat sel-sel saraf.
Jadi, terdapat 86 bilion sel saraf.
Terdapat juga sel-sel yang lebih kecil.
Inilah sel-sel penyokong -- glia astrosit.
Saraf-saraf akan menerima input.
Ia menyimpan dan memproses input.
Setiap sel saraf dihubungkan melalui sinaps-sinaps
kepada lebih kurang 10,000 sel-sel saraf lain di dalam otak anda.
Setiap sel saraf adalah unik.
Ciri-ciri unik sel-sel saraf individu dan sel-sel saraf yang wujud berkumpulan di dalam otak
ditentukan oleh ciri-ciri asas biokimianya.
Semua ini ialah protein.
Ia mengawal hal-hal seperti pergerakan saluran ion.
Ia mengawal sel-sel sistem saraf dihubungkan kepada apa.
Secara umum, ia mengawal semua yang membabitkan sistem saraf.
Secara umumnya, ia mengawal semua yang membabitkan sistem saraf.
Jika kita zum masuk ke peringkat yang lebih dalam,
semua protein itu dikod oleh genom kita.
Setiap orang mempunyai 23 pasang kromosom.
Kita menerima satu daripada emak, satu daripada bapa.
Dalam setiap kromosom ini,
terdapat lebih kurang 25,000 gen.
Gen-gen dikod dalam DNA.
Cara setiap sel mengawal ciri-ciri asas biokimianya
ditentukan oleh yang mana antara 25,000 gen ini dihidupkan
dan pada peringkat apa gen-gen itu dihidupkan.
Projek kami cuba mengkaji bacaan output ini,
memahami yang mana antara 25,000 gen ini yang dihidupkan.
Jadi untuk melaksanakan projek ini,
sememangnya kami memerlukan otak-otak.
Jadi kami menghantar juruteknik kami.
Kami mencari otak-otak manusia yang normal.
Kami mulakan dengan bilik patologi forensik.
Inilah tempat di mana mayat-mayat dihantar. Kami mencari otak-otak manusia yang normal.
Kami memilih otak-otak ini berdasarkan banyak kriteria.
Kami ingin memastikan bahawa
kami memperoleh otak-otak manusia yang berusia antara 20 hingga 60 tahun,
mereka mati atas sebab-sebab semula jadi
tanpa kecederaan otak,
tanpa penyakit psikiatri,
tiada dadah --
kami menjalankan ujian toksikologi.
Dan kami sangat berhati-hati terhadap
otak-otak yang kami ambil.
Kami juga memilih otak-otak
yang mana kami boleh memperoleh tisu,
kami boleh mendapat kebenaran untuk mengambil tisu
dalam masa 24 jam selepas kematian.
Oleh sebab apa yang kami ingin menyukat, RNA --
iaitu bacaan output daripada gen-gen kami --
adalah tidak stabil,
maka kami perlu bergerak dengan cepat.
Satu nota tambahan mengenai pengumpulan otak-otak tersebut:
disebabkan cara kami mengumpul,
dan oleh sebab kami memerlukan kebenaran,
kami mendapat lebih banyak otak lelaki daripada otak wanita.
Bagi lelaki, kebarangkalian mati akibat kemalangan adalah lebih tinggi.
Pasangan lelaki juga lebih sudi memberikan kebenaran
daripada pasangan perempuan.
(Gelak ketawa)
Perkara pertama yang kami jalankan di tempat pengutipan ialah MR.
Ini "Magnetic Resonance Imaging" -- MRI.
Ia templat piawai yang kami gunakan untuk data-data seterusnya.
Jadi kami mengumpulkan MR ini.
Anda boleh anggapnya pandangan satelit untuk peta kami.
Seterusnya,
kami mengumpulkan imej tensor resapan.
Ini memetakan kabel-kabel besar di dalam otak.
Dan sekali lagi, anda boleh anggap ini sebagai
proses memetakan lebuh raya antara negeri.
Otak akan dikeluarkan dari tengkorak
dan dihiris kepada keratan setebal satu sentimeter.
Semua ini dibekukan
dan dihantar ke Seattle.
Di Seattle, kami mengambil ini --
ini sebuah hemisfera manusia --
kami memasukannya ke penghiris daging.
mata pisau akan memotong sekerat tisu
dan ia dialihkan ke sisip kaca mikroskop.
Kami akan mewarnakannya, dan kami mengimbasnya.
Kemudian, kami dapat pemetaan yang pertama.
Di sinilah pakar-pakar terlibat. Mereka melaksanakan persempadanan anatomi asas.
Anda boleh anggap ini sebagai sempadan antara negeri,
garis-garis bentuk yang cantik itu.
Dari sini, kami boleh memecah-mecahkan otak itu kepada kepingan yang lebih kecil
yang akan dimasukkan ke sebuah kriostat kecil.
Ini menunjukkan --
tisu yang telah dibekukan ini sedang dihiris.
Lebarnya 20 mikron, senipis rambut bayi.
Ingat, ia telah dibekukan.
Anda boleh lihat di sini, teknologi lama, berus lukisan digunakan.
Kami mengambil sebuah sisip kaca mikroskop.
Kemudian, kami meleburkannya di atas sisip kaca.
Kemudian, ini dipindahkan ke sebuah robot
yang akan mewarnakannya.
Pakar-pakar anatomi kami akan menelitinya.
Inilah apa yang dilihat di bawah mikroskop.
Anda boleh melihat koleksi dan konfigurasi
sel-sel yang besar dan kecil
berkelompok di merata-rata tempat.
Ia faham di mana untuk membuat persempadanan. Ia boleh dijadikan sebagai sebuah atlas rujukan.
Ini sebuah peta yang lebih terperinci.
Kemudian, ahli-ahli sains kami menggunakan ini
untuk beralih ke sekeping tisu yang lain dan menjalankan mikrobedahan pengimbasan laser.
Juruteknik akan mengikut arahan.
Dia melukis sepanjang satu lokasi di sana.
Dan laser akan memotong.
Anda boleh melihat titik biru itu memotong. Tisu itu akan jatuh.
Anda boleh melihat sisip kaca mikroskop ini,
inilah apa yang sedang berlaku dalam masa sebenar.
Bekas di bawah akan mengutip tisu itu.
Kami mengambil tisu itu,
kami memperoleh RNA daripadanya
dengan menggunakan teknologi asas,
dan seterusnya kami meletakkan satu teg berpendafluor padanya.
Kami mengambil bahan yang diteg itu
dan meletakkannya dalam tata susunan mikro.
Ini kelihatan seperti kelompok titik,
tapi setiap titik ialah sebahagian daripada genom manusia yang unik
yang kami letakkan di atas sekeping gelas.
ia mengandungi lebih kurang 60,000 elemen.
jadi kami mengukur pelbagai gen daripada 25,000 gen
yang terdapat dalam genom kita.
Apabila kami mengambil sebuah sampel dan menghibridkannya,
kami memperoleh satu "cap jari" yang unik;
secara kuantitatif, ia menunjukkan gen mana yang dihidupkan dalam sampel itu.
Kami menjalankan proses ini berulang kali,
proses yang sama untuk setiap otak.
Kami mengambil lebih daripada seribu sampel dari setiap otak.
Kawasan ini dikenali sebagai hipokampus.
Ia terlibat dalam pembelajaran dan ingatan.
Ia menyumbang kepada lebih kurang 70 buah sampel
daripada ribuan sampel tersebut.
Jadi setiap sampel memberikan kami lebih kurang 50,000 data
dengan ukuran berulangan, seribu sampel.
Jadi secara kasar, kami mempunyai 50 juta data untuk setiap otak manusia.
Kami telah melengkapkan data daripada dua otak manusia.
Kami telah menyatukan semua data itu.
Saya akan tunjukkan kepada anda hasilnya.
Secara dasar, ia mengandungi banyak maklumat
yang boleh diperoleh secara percuma oleh mana-mana ahli sains di seluruh dunia.
Mereka tidak perlu log masuk pun untuk menggunakan alat ini,
menerokai data ini, mencari sesuatu yang menarik daripadanya.
Jadi di sinilah semua modaliti yang kami telah kumpulkan bersama.
Anda akan memahami semua ini bermula daripada apa telah kami kumpulkan sebelum ini.
Ini MR. Ia menyediakan rangka kerja.
Di sebelah kanan ialah pengendali yang membolehkan anda memusing,
ia membenarkan anda zum masuk dan
menonjolkan struktur-struktur tertentu.
Tapi yang penting,
kami sedang memetakan rangka kerja anatomi ini,
yang merupakan rangka kerja untuk orang ramai memahami gen-gen yang dihidupkan.
Warna-warna merah ialah
gen-gen yang dihidupkan ke tahap yang sangat tinggi.
Warna hijau mewakili kawasan-kawasan di mana gen-gen tidak dihidupkan.
Setiap gen memberikan kami satu "cap jari".
Ingat, kami telah mengkaji kesemua 25,000 gen yang terdapat dalam genom
dan data-data itu sudah tersedia.
Apakah yang boleh diperoleh ahli-ahli sains mengenai data ini?
Kami sendiri baru mengkaji data ini.
Terdapat beberapa perkara asas yang anda mahu tahu.
Dua contoh yang baik ialah ubat-ubatan: Prozac dan Wellbutrin.
Inilah ubat antidepresan yang biasa digunakan.
Ingat, kami sedang mengkaji gen-gen.
Gen-gen memberikan arahan untuk membuat protein.
Protein ialah sasaran ubat-ubatan.
Jadi, ubat-ubat terikat pada protein
dan mematikan fungsinya, dan sebagainya.
Jika anda ingin memahami tindakan ubat-ubatan,
anda perlu memahami bagaimana ia bertindak mengikut kehendak anda, dan tidak mengikut kehendak anda,
kesan sampingan, dan sebagainya. Anda mahu lokasi gen-gen yang dihidupkan.
Dan pertama kalinya, kita mampu melakukannya.
Kita boleh melakukannya bagi individu-individu yang telah kita kaji.
Jadi sekarang, kita boleh melihat seluruh otak.
Kami boleh mengesan "cap jari" yang unik ini.
Dan kami mendapat pengesahan.
Kami mendapat pengesahan bahawa, sememangnya, gen tersebut dihidupkan --
bagi sesuatu seperti Prozac,
dalam struktur-struktur serotonin, yang telah kita faham akan dipengaruhi --
tapi kami juga dapat melihatnya secara keseluruhan.
Kami juga dapat melihat kawasan-kawasan yang sebelum ini tidak pernah dilihat,
dan kami dapat melihat gen-gen yang dihidupkan di situ.
Ia seakan-akan satu kesan sampingan yang amat menarik.
Satu lagi perkara yang anda boleh lakukan dengannya ialah,
anda boleh, disebabkan ia satu proses pemadanan corak,
disebabkan adanya satu "cap jari" yang unik,
kami boleh mengimbas seluruh genom
dan mencari protein-protein lain
yang menunjukkan "cap jari" yang hampir serupa.
Contohnya, jika anda bekerja dalam bidang penemuan ubat,
anda boleh melihat seluruh senarai genom
untuk mencari ubat yang lebih baik dan mengoptimumkannya.
Mungkin kebanyakan daripada anda biasa dengan
kajian-kajian perkaitan genom,
seperti dalam liputan berita:
"Ahli-ahli sains telah menemui gen-gen
yang mempengaruhi X."
Kajian-kajian seperti ini
lazimnya diterbitkan oleh ahli sains
dan ia adalah bagus. Mereka menganalisa populasi yang besar.
Mereka mengkaji seluruh genom
dan cuba mencari pusat-pusat beraktiviti tinggi
yang boleh dikatkan dengan gen-gen.
Tapi apa yang anda dapat daripada analisis sebegini
hanyalah satu senarai gen.
Ia beritahu anda gen mana, bukannya lokasi gen.
Jadi, bagi para penyelidik, ia sangat penting
kerana kami telah mewujudkan sumber ini.
Sekarang mereka boleh menggunakannya
dan mula memahami aktiviti gen.
Mereka boleh mula menyiasat laluan-laluan umum --
apa-apa yang mereka tidak mampu lakukan sebelum ini.
Saya rasa, anda secara khususnya,
dapat memahami kepentingan keindividuan.
Setiap manusia memiliki latar belakang genetik yang berlainan,
kita semua telah melalui hidup yang berasingan. Tapi hakikatnya,
peratus keserupaan genom kita ialah 99%.
Kita serupa dari segi genetik.
Apa kita dapat tahu,
bahkan dari segi biokimia otak,
kita amat serupa.
Jadi ini menunjukkan bahawa ia bukannya 99%,
tapi lebih kurang 90% keserupaan pada satu tahap yang munasabah;
Secara kasar, semua yang berada di dalam julat berhubung kait.
Kemudian, kami menemui gen-gen yang asing, gen-gen yang terletak di luar julat.
Gen-gen itu adalah menarik,
tapi ia tidak ketara.
Jadi, satu mesej penting untuk difahami hari ini ialah,
walaupun kita meraikan perbezaan kita,
kita sebenarnya agak serupa,
bahkan di peringkat otak.
Apakah perbezaan-perbezaan itu?
Ini satu contoh kajian yang kami jalankan
sebagai susulan dan melihat apa perbezaan-perbezaan itu. Ia tidak ketara.
Ini benda-benda di mana gen-gen dihidupkan dalam sejenis sel.
Ini dua gen yang kami temui dan dijadikan sebagai contoh.
Salah satu ialah RELN -- ia memberikan isyarat pertumbuhan di peringkat awal.
DISC1 ialah satu gen yang dihapuskan dalam skizofrenia.
Ini bukannya individu-individu dengan skizofrenia,
tetapi mereka menunjukkan beberapa variasi populasi.
Apa yang anda lihat di sini
bagi Penderma 1 dan Penderma 4,
yang merupakan kekecualian daripada dua yang lain,
gen-gen dihidupkan
di dalam subset sel-sel yang spesifik.
Mendakan ungu tua dalam sel inilah
yang beritahu kita bahawa satu gen dihidupkan di situ.
Sama ada ia berpunca daripada latar belakang genetik seseorang atau pengalamannya,
kami masih tidak tahu.
Penyelidikan seperti itu memerlukan populasi yang lebih besar.
Saya akan memberikan anda satu nota terakhir
tentang kekompleksan otak dan berapa banyak lagi yang kita perlu fahami.
Sumber-sumber ini sangat bernilai.
Ia memberikan hala tuju kepada para penyelidik.
Tapi kami hanya menyelidiki beberapa individu setakat ini.
Sudah pasti kami akan menyelidiki lebih banyak lagi.
Akhirnya, saya ingin mengatakan,
alat-alat sudah tersedia. Ini sebuah arena yang tidak pernah dijelajahi.
Ini seumpama satu babak baru.
Jadi, bagi mereka yang tidak gentar, tapi terpesona oleh kekompleksan otak,
masa depan menantikan anda.
Terima kasih.
(Tepukan)