Ludzie od dawna zafascynowani byli
ludzkim mózgiem.
Robimy jego wykresy, opisaliśmy go,
narysowaliśmy,
zmapowaliśmy go.
Tak jak mapy fizyczne świata
zostały bardzo zmienione przez technologię --
mam na myśli Mapy Google,
GPS --
to samo ma miejsce w mapowaniu mózgu
przez przekształcanie.
Przyjrzyjmy się więc mózgowi.
Większość ludzi, po raz pierwszy widząc świeży ludzki mózg,
powie: "Nie wygląda tak,
jak można by się tego spodziewać."
Normalnie patrzycie na mózg utrwalony. Jest on szary.
To jest warstwa zewnętrzna, to unaczynienie,
które jest niesamowite, wokół ludzkiego mózgu.
To naczynia krwionośne.
20% tlenu
pochodzącego z płuc,
20% krwi pompowanej z serca
zaopatruje ten jeden organ.
Zajmuje mniej więcej tyle miejsca, ile dwie złączone pięści,
jest tylko nieco większy.
Naukowcy jakoś pod koniec XX wieku
odkryli, że można prześledzić przepływ krwi
by nieinwazyjnie zbadać,
które obszary ludzkiego mózgu są aktywne.
Więc na przykład, można zobaczyć tylną część mózgu,
która właśnie się tu obraca.
Tam jest móżdżek, który utrzymuje nas w pozycji pionowej.
Dzięki niemu mogę stać. Jest odpowiedzialny za koordynację ruchową.
Po tej stronie jest kora skroniowa.
To obszar odpowiedzialny za ośrodkowe procesy przetwarzania słuchowego --
dzięki temu słyszycie moje słowa,
które są przesyłane do wyższych ośrodków przetwarzania języka.
W przedniej części mózgu
znajduje się obszar odpowiedzialny za wszystkie bardziej skomplikowane procesy myślenia i podejmowania decyzji,
który najpóźniej osiąga pełną dojrzałość (w późnym wieku dorosłym).
To tam zachodzą wszystkie procesy decyzyjne.
To miejsce, gdzie właśnie podejmujecie decyzje,
że prawdopodobnie nie zamówicie steka na obiad.
Więc jeśli bliżej przyjrzeć się mózgowi,
jedną z rzeczy, patrząc na jego przekrój poprzeczny,
którą można zobaczyć
jest to, że wcale nie ma tam wielu struktur.
W rzeczywistości jest ich tam bardzo dużo.
To połączone ze sobą komórki i przewody.
Więc około 100 lat temu
pewni naukowcy wynaleźli wnikający do komórek barwnik.
Widać to tutaj, w bardzo jasnoniebieskim kolorze.
Możecie zobaczyć obszary,
gdzie zabarwione zostały ciała normalnych komórek.
To, co widać jest bardzo niejednolite. Widać tu dużo więcej struktur.
Więc zewnętrzną częścią mózgu
jest kora nowa.
Nieustannie przetwarza informacje.
Możemy również zobaczyć to, co jest pod spodem.
Przez te wszystkie puste obszary
przebiegają połączenia.
Prawdopodobnie komórki są tam rzadziej rozmieszczone.
W mózgu jest około 86 miliardów neuronów.
I jak widać, są one bardzo nierównomiernie rozmieszczone.
A sposób ich rozmieszczenia jest ściśle powiązany
z ich funkcjami.
I oczywiście, jak wspomniałem wcześniej,
skoro możemy mapować funkcje mózgu,
możemy zacząć przypisywać je poszczególnym komórkom.
Więc przyjrzyjmy się bliżej
neuronom.
Jak już wspominałem, jest ich 86 miliardów.
Jak widać, są tam także te mniejsze komórki.
To komórki wspomagające -- astrocyty.
I same nerwy,
które odbierają bodźce.
Przechowują je i przetwarzają.
Każdy neuron jest połączony synapsami
z 10 000 innych neuronów w mózgu.
A każdy neuron sam w sobie
jest niepowtarzalny.
Ten niepowtarzalny charakter zarówno pojedynczych neuronów
i grup neuronów wewnątrz mózgu
zależy od podstawowych właściwości
leżącej u ich podłoża biochemii.
To białka.
Te białka sterują takimi procesami jak ruch jonów w kanałach.
Kontrolują z czym łączą się komórki układu nerwowego.
I wpływają zasadniczo
na wszystko, za co odpowiedzialny jest układ nerwowy.
Więc jeśli zbliżymy się jeszcze bardziej,
te wszystkie białka
są zakodowane przez nasze genomy.
Wszyscy mamy 23 pary chromosomów.
Jeden zestaw otrzymujemy od matki, drugi od ojca.
I na tych chromosomach
jest około 25 000 genów.
Są one zakodowane w DNA.
I natura danej komórki
odpowiadająca za jej biochemię
jest podyktowana tym, który z tych 25 000 genów
jest włączony
i na jakim poziomie.
Więc nasz projekt
ma na celu znalezienie takiego odczytu
i zrozumienie, który z tych 25 000 genów jest włączony.
Aby podjąć się takiego projektu,
oczywiście potrzebujemy mózgów.
Więc wysyłamy naszych laborantów.
Szukaliśmy ludzkich mózgów.
Tak naprawdę to zaczynamy
w gabinecie patomorfologa.
To miejsce, do którego przywożeni są zmarli.
Szukamy normalnych mózgów ludzkich.
Jest wiele kryteriów, według których wybieramy mózgi.
Chcemy się upewnić,
że mamy normalnych ludzi między w wieku 20-60 lat,
którzy zmarli z przyczyn naturalnych,
bez urazów mózgu,
chorób psychicznych w wywiadzie,
niezażywających narkotyków --
robimy badania toksykologiczne.
I jesteśmy bardzo ostrożni co do
wybieranych mózgów.
Szukamy także mózgów,
z których pobieramy tkankę,
i dostajemy zgodę na jej pobranie
w ciągu 24 godzin od zgonu.
To dlatego, że będziemy badać RNA --
transkrypt naszych genów -
które jest bardzo niestabilne,
więc musimy działać bardzo szybko.
Jedna uwaga na marginesie dotycząca zbioru mózgów:
z powodu sposobu, w jaki je zbieramy
i ponieważ wymagamy zgody,
mamy znacznie więcej mózgów mężczyzn niż kobiet.
To mężczyźni częściej giną nagle w kwiecie wieku.
I w przypadku mężczyzn jest bardziej prawdopodobne,
że ich partnerka lub małżonka, wyrazi zgodę
niż w sytuacji odwrotnej.
(Śmiech)
Więc pierwszą rzeczą, która robimy w miejscu pobrania
to zrobienie rezonansu.
Mowa o rezonansie magnetycznym - MRI.
To standardowy procedura, według której będziemy zbierać resztę danych.
Więc robimy rezonans.
I można traktować jako widok satelity na naszą mapę.
Następną rzeczą, którą robimy
jest obrazowanie metodą tensora dyfuzji.
To mapuje większe przewody w mózgu.
I znów, można to traktować
prawie jak mapowanie autostrad międzystanowych.
Mózg jest wyjmowany z czaszki,
a potem krojony na jednocentymetrowe plastry.
A te są dokładnie zamrażane
i wysyłane do Seattle.
W Seattle zabieramy je --
to cała półkula mózgu człowieka --
i wkładamy w coś, co w zasadzie jest szlachetniejszą formą krajalnicy do mięsa.
Jest tam ostrze, które przetnie
fragment tkanki
i przeniesie go na szkiełko podstawowe mikroskopu.
Potem stosujemy jeden z barwników
i skanujemy.
Następnie otrzymujemy pierwsze mapowanie.
To tu wkraczają eksperci
i wykonują podstawowe badania anatomiczne.
Możecie to potraktować jako granice stanów,
te całkiem wyraźne zarysy.
Teraz możemy podzielić mózg na kolejne części,
które następnie możemy położyć na mniejszy kriostat.
Widać to tutaj --
zamrożona tkanka, w trakcie cięcia.
Jest cienka na 20 mikronów, a więc jest mniej więcej grubości włosa niemowlęcia.
I pamiętajcie, że jest zamrożona.
Jak widać tutaj,
stosowana jest staromodna technika pędzla.
Bierzemy szkiełko podstawowe
i przykładamy do próbki tkanki.
Następnie wkładamy do robota,
który zastosuje jeden z barwników.
Nasi anatomowie przyjrzą się temu bliżej.
To jest to, co mogą zobaczyć pod mikroskopem.
Możemy zobaczyć grupy i układy
dużych i małych komórek
w skupiskach i różnych miejscach.
Od tej chwili to rutyna. Wiedzą gdzie co badać.
Mogą stworzyć swoisty atlas.
To bardziej szczegółowa mapa
Następnie, nasi naukowcy używają tego
by wrócić do poprzedniego kawałka tkanki
i wykonują mikrodysekcję laserową.
Technik dostaje instrukcje.
Obrysowują dane miejsce,
a laser wycina.
Widzimy tnącą niebieską kropkę. A tamta tkanka odchodzi.
Widzimy na szkiełku mikroskopu,
co dzieje się w trakcie cięcia.
Poniżej znajduje się pojemnik na odciętą tkankę.
Zbieramy ją,
oczyszczamy z niej RNA
przy użyciu prostych technologii,
a następnie nakładamy znacznik fluorescencyjny.
Oznaczony materiał
umieszczamy na mikromacierzy.
Dla was może to wyglądać jak grupa kropek,
ale każda z nich
jest unikalną częścią ludzkiego genomu,
przeniesionego na szkło.
Jest tu z grubsza 60 000 elementów,
więc nieustannie mierzymy poszczególne geny
z 25 000 genów w genomie.
Kiedy zhybrydyzujemy próbkę,
otrzymamy unikalny odcisk palca,
dowód ilościowy, potwierdzający które geny są włączone w danej próbce.
Powtarzamy ten proces bez przerwy
dla każdego mózgu.
Pobieramy ponad tysiąc próbek z każdego mózgu.
Pokazany tu obszar to hipokamp.
Odpowiedzialny jest za uczenie się i pamięć.
Z niego pobieramy około 70 próbek
spośród tego tysiąca.
Każda próbka dostarcza nam około 50 000 punktów danych
z powtarzającymi się danymi, tysiąc próbek.
Mamy więc z grubsza 50 mln punktów danych
dla każdego badanego ludzkiego mózgu.
Przebadaliśmy ostatnio
dwa ludzkie mózgi pełne danych.
Dodaliśmy to wszystko
do siebie
i pokażę teraz co otrzymaliśmy z tej syntezy.
Jest to duży zestaw informacji
dostępny każdemu naukowcowi na świecie.
Nie muszą się nawet logować by móc używać tego narzędzia,
pozyskiwać danych i szukać interesujących informacji.
To są wszystkie badania, które składamy w całość.
Pewnie możecie już je rozpoznać ze zgromadzonych wcześniej danych.
Oto badanie rezonansem magnetycznych. Dostarcza nam zarys.
Po prawej stronie znajduje się panel operatora umożliwiający obracanie,
powiększanie
i wyodrębnianie konkretnych struktur.
Ale co najważniejsze,
mapujemy teraz ten zarys anatomiczny,
typowy zarys pomagający ludziom zrozumieć gdzie znajdują się aktywne geny.
Kolorem czerwonym
oznaczono geny o wysokiej aktywności.
Kolor zielony oznacza spokojniejsze obszary niższej aktywności.
Każdy gen dostarcza nam, w pewnym sensie, "odcisku palca."
Pamiętajcie, że mamy na macierzach wszystkie z25 000 genów genomu
i posiadamy wszelkie dostępne dane.
Jakich informacji dostarczają te dane naukowcom?
Dopiero się z nimi zaczynamy zapoznawać.
Są podstawowe rzeczy, które chcielibyście zrozumieć.
Dwa doskonałe przykłady to leki
fluoksetyna i bupropion.
To powszechnie przepisywane antydepresanty.
A teraz weźcie pod uwagę, że analizujemy geny.
Geny wysyłają instrukcje to stworzenia białek.
Białka są celem leków.
Więc leki wiążą się z białkami
i je wyłączają itd.
Jeśli chcemy zrozumieć działanie leków,
musimy zrozumieć ich działanie zgodne z naszymi oczekiwaniami
oraz ich działania niepożądane.
W opisie skutków ubocznych itd.,
chcielibyśmy zobaczyć, gdzie znajdują się włączone geny.
Po raz pierwszy możemy tego dokonać.
Możemy to zrobić w przypadku wielu przeanalizowanych przez nas jednostek.
Więc możemy spojrzeć w głąb mózgu.
Możemy zobaczyć ten unikalny "odcisk palca."
I mamy potwierdzenie.
Potwierdzenie, że rzeczywiście gen jest włączony --
w przypadku leków takich jak fluoksetyna,
w strukturach serotoninowych, wiemy co zostaje zaatakowane --
ale widzimy też całość.
Możemy również przyjrzeć się obszarom, których nikt wcześniej nie oglądał
i możemy tam zobaczyć włączone geny.
Jest to niezwykle interesujący skutek uboczny.
Inną rzeczą, którą możemy zrobić,
ponieważ polega to na łączeniu wzorców,
i ponieważ występuje tam unikalny "odcisk palca,"
możemy zeskanować cały genom
i odnaleźć inne białka
charakteryzujące się podobnym odciskiem.
Jeżeli opracowujecie leki, możecie
na przykład przestudiować
całą listę cech genomu,
by znaleźć lepsze cele dla leków i je zoptymalizować.
Prawdopodobnie większość z was zna
metodę badania GWA
w formie podawanej w mediach,
gdzie zwykło się mówić: "Naukowcy właśnie odkryli gen lub geny,
odpowiedzialne za coś."
Takie badania
są zazwyczaj publikowane przez naukowców,
i są świetne. Analizują duże populace.
Badają całe genomy
i starają się znaleźć obszary szczególnej aktywności
połączone z konkretnymi genami.
Takie badanie dostarcza nam
listę genów.
Mówi na CO, ale nie stwierdza GDZIE.
Najważniejszą rzeczą dla tych naukowców,
jest to, abyśmy stworzyli im odpowiednie zasoby.
Teraz mogą przyjść
i zebrać odpowiednie dane na temat aktywności.
Mogą zapoznać się z powszechnie stosowanymi procedurami --
innymi metodami, których nie mieli okazji stosować.
Uważam że ta widownia w szczególności
może zrozumieć jak ważna jest niepowtarzalność.
Sądzę, że każdy człowiek,
każdy z nas ma inne podłoże genetyczne,
każdy z nas wiedzie inne życie.
Ale faktem jest,
że nasze genomy są w ponad 99% podobne.
Na poziomie genetycznym jesteśmy do siebie podobni.
To, czego się dowiedzieliśmy,
nawet na poziomie biochemicznym mózgu,
to to, że jesteśmy do siebie podobni.
Ukazuje to, że nie jest to 99%,
ale z grubsza 90% zgodności
przy rozsądnym odcięciu,
wszystko w skupisku jest ze sobą ściśle powiązane.
Są też jednostki odstające,
te poza skupiskiem.
I właśnie te geny są interesujące,
ale również delikatne.
Uważam, że jest to niezwykle ważna informacja,
z którą wrócimy dziś do domu:
pomimo, że każdy z nas szczyci się odmiennością,
to jesteśmy całkiem podobni
nawet na poziomie mózgu.
Jak wyglądają te różnice?
To przykład badania, jakie przeprowadziliśmy
na zakończenie, by sprawdzić o jakich dokładnie różnicach mowa --
są one bardzo subtelne.
Różnice, gdzie włączone geny znajdują się w komórkach indywidualnych.
To są dwa geny, będące dobrym przykładem.
Jeden nazywa się RELN - bierze udział w replikacji we wczesnej fazie rozwoju.
DISC1 to gen
nie występujący w przypadku schizofrenii.
Nie są to osoby chore na schizofrenię,
ale obrazują pewien wariant populacyjny.
To na co teraz patrzycie
to dawca 1 i dawca 4,
którzy stanowią wyjątek w stosunku do pozostałych dwóch dawców.
Ich geny są włączone
w bardzo specyficznej podgrupie komórek.
To ten ciemnofioletowy osad w komórce,
który świadczy o tym, że gen jest tu włączony.
Niezależnie od tego, uwarunkowane to jest
podłożem genetycznym lub doświadczeniem danego osobnika,
ale tego nie wiemy.
Tego typu badania wymagają przeanalizowania większej populacji.
Pożegnam was ostatnią uwagą
odnoście do złożoności mózgu
i tego, co jeszcze jest do zrobienia.
Uważam, że są to niezwykle cenne informacje,
pozwalające podążać naukowcom
w odpowiednim kierunku.
My natomiast przyjrzeliśmy się tylko kilku materiałom badawczym.
Przebadamy jeszcze więcej.
Zakończę stwierdzeniem,
istnieją narzędzia,
a to jest zdecydowanie nieodkryty kontynent.
Albo jak wolicie, nowa granica.
A dla nieustraszonych
i zdumionych złożonością mózgu,
oczekują nowe odkrycia.
Dziękuję.
(Oklaski)