Люди вже довгий час зачаровані
людським мозком.
Ми засхемували його, описали,
ми зобразили його
і нанесли на карту.
Тепер, подібно до того, як на фізичні мапи світу
неабиякий вплив здійснили технології –
згадайте Google Maps,
згадайте GPS –
те саме відбувається і з мапуванням мозку,
через трансформацію.
Тож погляньмо на мозок.
Більшість людей, що вперше дивляться на свіжий людський мозок,
кажуть: "Він не схожий на те, на що ви зазвичай дивитесь,
коли хтось показує вам мозок."
Зазвичай ви дивитесь на затверділий мозок. Він сірий.
І цей верхній шар – це судинна сітка,
розташована довкола людського мозку.
Це – кровоносні судини.
20% кисню,
що надходить з ваших легенів,
20% крові, що відкачується з серця,
обслуговують один цей орган.
Фактично, якщо стиснути разом два кулаки,
він трохи більший за ці два кулаки.
Десь наприкінці 20-го сторіччя науковці з'ясували,
що можуть відслідкувати шлях потоку крові,
щоб без хірургічного втручання відобразити,
де у людському мозку відбувається активність.
Так, наприклад, вони можуть зазирнути у задню частину мозку,
яка щойно була повернута до нас.
Це мозочок; він відповідає за утримання вас у вертикальному положенні.
Він дозволяє мені стояти. Він залучений у координування рухів.
А з цього боку – скронева кора.
Це область, де відбувається первинна обробка звуку –
таким чином ви чуєте мої слова
і відсилаєте їх далі, до високорівневих центрів обробки мови.
Близько до фронтальної частини мозку
знаходиться зона, відповідальна за комплексне мислення, прийняття рішень –
вона формується останньою, вже в зрілому віці.
Ось тут відбувається процес прийняття усіх ваших рішень.
Це місце, де саме зараз ви вирішуєте,
що стейк сьогодні на вечерю ви, мабуть, не замовите.
Якщо роздивлятися мозок більш детально,
то одна з речей, яку можна побачити,
дивлячись на нього у поперечному перерізі,
це те, що тут відсутня певна чітка структура.
Але насправді, структура там досить чітка.
Всі клітини і канали мозку пов'язані.
Тож близько ста років тому
вчені винайшли барвник, здатний надати клітинам колір.
І тут він показаний дуже світлим блакитним кольором.
Ви можете бачити зони,
де тіла нейронних клітин забарвлені.
Як помітно, забарвлення дуже неоднорідне. Тут видно ще більшу структурованість.
Далі, зовнішня частина людського мозку -
це його кора.
Це, так би мовити, єдиний сектор обробки даних.
Але видно і речі, розташовані глибше під ним.
Усі ці порожні ділянки -
це зони, через які проходять сполучні волокна.
Вони мають меншу густину клітин.
У мозку людини близько 86 мільярдів нейронів.
І, як видно, розподілені вони досить неоднорідно.
Але саме такий розподіл сприяє
їх основній функції.
І звичайно, як я вже зазначав,
оскільки ми вже можемо починати складати мапу для функцій мозку,
ми можемо почати прив'язувати їх навіть до окремих клітин.
Давайте поглянемо більш детально.
Розглянемо нейрони.
Як я вже казав, нейронів близько 86 мільярдів.
Додатково існують ще менші клітини, як видно тут.
Це клітини підтримки - астрогліальні клітини.
А самі нерви
безпосередньо отримують вхідні дані.
Вони зберігають та обробляють їх.
Кожний нейрон пов'язаний за допомогою синапсів
з понад 10 000 інших нейронів у вашому мозку.
Та кожен нейрон
майже абсолютно унікальний.
Унікальність окремих нейронів
та нейронів, сполучених при формуванні мозку,
пояснюється фундаментальними властивостями
їх базових біохімічних структур.
А саме, протеїнів.
Це білки, що контролюють такі процеси, як пересування по іонних каналах.
Вони контролюють, як контактують клітини нервової системи.
Фактично, вони керують усім,
що має робити нервова система.
А якщо ми роздивимося більш детально,
то виявиться, що всі протеїни
закодовані нашими геномами.
В кожного з нас 23 пари хромосомів.
Ми беремо одну від матері, іншу від батька.
І на цих хромосомах
близько 25 000 генів.
Вони закодовані в ДНК.
Та сутність кожної даної клітини,
що визначає її базову біохімію,
продиктована тим, які саме з цих 25 000 генів
активно залучені у роботу,
та на якому рівні вони активовані.
Таким чином, наш проект націлений
на визначення та розуміння, які саме гени з цих 25 000
активовані.
Для того, щоб братися до роботи над таким проектом,
нам, звичайно, знадобиться мозок.
Тож ми відправили нашого лаборанта на пошуки.
Ми шукали нормальний людський мозок.
Нашу роботу ми звичайно почали
з офісу паталогоанатома.
Це місце, куди привозять мерців.
Ми шукаємо нормальний людський мозок.
Для відбору мозку в нас є багато критеріїв.
Ми хочемо впевнитись,
що в нас нормальні люди, віком від 20 до 60 років,
які померли від причин, близьких до природніх,
не завдавши шкоди мозку,
в яких не було психічних захворювань;
які не приймали наркотичних речовин -
для цього ми робимо токсикологічні аналізи.
І ми дуже обережні з тими зразками,
які обираємо наприкінці.
Ми також маємо відібрати саме ті мізки,
з яких ми можемо забрати тканину,
тобто можемо отримати дозвіл взяти таку тканину
не пізніше 24 годин з часу смерті.
Тому що інформація, яку ми намагаємося виміряти, а саме РНК -
її також можна назвати сумою показників, знятих з наших генів -
є дуже нестійкою,
тож ми мусимо працювати дуже швидко.
Одна ремарка щодо обрання мозку:
через спосіб, яким ми користуємося під час відбору,
а також через те, що нам потрібна згода,
в нас є набагато більше чоловічих мозків, ніж жіночих.
Чоловіки набагато схильніші до випадкової смерті у розквіті життя.
І набагато частіше їх друга половинка, дружина,
дає згоду на донацію,
ніж навпаки.
(Сміх)
Перше, що ми робимо на місці відбору,
зберігаємо так званий МР.
Це магніторезонансна томографія - МРТ.
Це стандартний шаблон, до якого ми будемо додавати наступні дані.
Тож ми зберігаємо Магнітний Резонанс.
Його ще можна назвати супутниковим видом нашої мапи.
Наступним кроком ми робимо
візуалізацію мозку дифузно-тензорним методом.
Це зображає схему нервових зв'язків.
Знову ж таки, можна уявити це майже
як нанесення на мапу головних швидкісних автомагістралей.
Потім мозок виймається з черепа
і нарізається шарами завширшки один сантиметр.
Ці шари фіксуються за допомогою заморожування
і відправляються до Сіетлу.
А в Сіетлі ми беремо ось це -
таку цілу півкулю людського мозку -
і кладемо її у ніщо інше, як у славетну машину для нарізки м'яса.
Її лезо відрізає
секцію тканини
і переносить її на слайд для мікроскопа.
Потім ми застосуємо до нього один з тих барвників
і зможемо його відсканувати.
Таким чином ми отримаємо нашу першу мапу.
А потім з'являться експерти,
щоб зробити базове анатомічне обстеження.
Про це можна думати як про нанесення регіональних меж,
таке собі охайне межування.
Після цього ми можемо розділяти мозок на сегменти,
які потім помістяться у менший кріостат.
Саме тут ви можете бачити якраз це -
заморожену тканину і те, як вона розрізається.
Цей сегмент завтовшки 20 мікронів, тобто як дитяча волосинка.
І важливо пам'ятати, що він заморожений.
А ось тут можна побачити,
як застосовано стародавню технологію звичайного пензля.
Береться мікроскопічний слайд.
Потім ми обережно розтоплюємо це на поверхні слайду.
Потім це відправляється роботові,
який нанесе на нього один з барвників.
Потім наші анатомісти візьмуться за його поглиблене вивчення.
Тож знову, ось це вони зможуть побачити у мікроскоп.
Тут видно скупчення конфігурацій
великих і малих клітин
у кластерах в різних місцях.
І звідси починається рутина. Вони розуміють, як робити позначки.
Таким чином вони можуть створити референтний атлас.
Це - більш деталізована мапа.
Потім наші вчені використовують це,
щоб повернутися до іншого сегменту тієї тканини
і зробити так звану лазерну мікродісекцію.
Таким чином технік виконує інструкції.
Ось у цьому місці вони наносять розмітку.
І лазер робить розріз.
Ви бачите, як ця синя крапка ріже, і тканина відділяється.
Те саме видно на слайді під мікроскопом,
коли все відбувається у реальному часі.
Внизу є контейнер, у який збирається відрізана тканина.
Ми беремо цю тканину,
з неї ми виділяємо РНК
за допомогою звичайної технології,
і ставимо на неї флюоресцентну мітку.
Потім беремо цей мічений матеріал
і поміщаємо його на так звану мікропанель.
Це може здатися вам просто сукупністю крапочок,
але кожна з цих індивідуальних крапок -
це, насправді, унікальний фрагмент людського геному,
який ми розмістили на склі.
Ось тут близько 60 000 елементів,
щоб ми могли постійно вимірювати різноманітні гени
з 25 000 генів геному.
І коли ми беремо зразок і гібридуємо його,
то отримуємо пептидну карту, унікальну як відбиток пальця,
яка кількісно вказує на гени, активовані у цьому зразку.
Отже, ми знову і знову повторюємо ці дії,
весь цей процес для кожного нового мозку.
Ми беремо більше тисячі різних зразків з кожного мозку.
Відділ мозку, який показаний тут, називається гіппокампом.
Він залучений у навчання і пам'ять.
І його частини є десь у 70 зразках
з тієї тисячі зразків.
Кожен зразок дає нам близько 50 000 одиниць даних
з повторюваними вимірюваннями - кожен з тисячі зразків.
Таким чином ми маємо 50 мільйонів одиниць даних
з єдиного людського мозку.
Зараз в нас є повний набір даних
з двох людських мозків.
Ми об'єднали всі ці дані
у єдиний масив,
і я продемонструю вам, як відбувається цей синтез.
Фактично, це великий об'єм інформації,
доступний будь-якому вченому у світі.
Їм навіть не треба реєструватися, щоб користуватися цим інструментом,
щоб видобувати дані, винаходити з його допомогою цікаві речі.
Тож ось модальності, які ми скомпілювали.
Вам стане зрозуміло, що це створено з даних, зібраних раніше.
Ось це МР. Він надає структуру.
Справа є панель оператора, яка дозволяє розвертати зображення,
дозволяє наближати його,
вона дозволяє висунути на перший план індивідуальні структури.
Але найважливіше,
зараз ми додаємо до цього анатомічного каркасу
мапу активованих генів.
Червоні рівні - це ті,
де гени активовані на більший відсоток.
Зелені - це такі собі прохолодні секції з неактивованими генами.
І кожен ген має пептидну карту.
І не забувайте, що ми провели аналіз всіх 25 000 генів у геномі,
і в нас збережені всі дані.
Тож що саме вчені можуть дізнатися ?
Ми самі тільки-но починаємо дивитися на ці дані.
Але є деякі загальні речі, які нам слід зрозуміти.
Два прекрасних приклади - це ліки,
Prozac і Wellbutrin.
Це доволі часто виписувані антидепресанти.
Тепер згадаємо, ми аналізуємо гени.
Гени відправляють команду створювати протеїни.
Протеїни і є ключовими для ліків.
Тобто ліки зв'язують ці протеїни,
і або виключають їх, і так далі.
Якщо ви намагаєтесь зрозуміти, як вони діють,
ви також хочете зрозуміти, як вони діють у потрібний вам спосіб,
а також у спосіб, що вам не потрібен.
Для формування списку побічних дій, тощо,
вам потрібно бачити, в яких випадках гени активовані.
І, власне, вперше ми можемо це зробити.
Ми можемо це визначити у багатьох індивідів, яких вивчаємо.
Тобто тепер ми можемо проглянути весь мозок.
Ми можемо дослідити цю унікальну пептидну карту.
І в нас також є підтвердження.
Ми отримуємо підтвердження, що ген активний -
для чогось типу Prozac,
у серотонергічних сполуках, які, як відомо, піддаються впливу.
Але, на додаток, ми можемо все це бачити.
Ми також можемо побачити ті ділянки, яких ніхто раніше не бачив,
а ми можемо побачити там активовані гени.
Це - найцікавіша побічна дія, яку можна собі уявити.
Інша річ, яку можна зробити з цим явищем -
через те, що це вправа на підбір зразків,
через те, що йдеться про унікальну пептидну карту,
ми можемо фактично просканувати весь геном
і знайти інші протеїни
із подібною пептидною картою.
Тож, якщо ви стоїте на порозі винаходу ліків, наприклад,
ви можете переглянути
весь склад геному,
щоб відшукати краще уражені ділянки для дії ліків та оптимізувати їх.
Більшість з вас, можливо, знайомі
з програмами, що досліджують цілісність геному,
із новин, які звучать якось так:
"Вчені щойно винайшли ген,
що впливає на Х".
Таки чином подібні дослідження
регулярно висвітлюються вченими,
і це прекрасно. Вони вивчають широкий спектр.
Вони вивчають весь геном
і намагаються знайти осередки активності,
що спричинені генами.
Але все, що ви отримаєте з такої вправи -
це просто список генів.
Він розкаже "що", але не пояснить "де".
Таким чином, для таких дослідників дуже важливо,
що ми створили цей ресурс.
Тепер вони можуть звернутися до нього
і почати розуміти, звідки береться активність.
Вони можуть вивчати загальні провідні шляхи -
інші речі, які просто неможливо було побачити раніше.
Я думаю, що саме ця аудиторія здатна зрозуміти
важливість індивідуальності.
І мені здається, що кожна людина,
всі ми маємо різні генетичні корені,
ми всі проживаємо різні окремі життя.
Але факт залишається фактом,
що наші геноми на 99% подбні.
Ми схожі на генетичному рівні.
Ми також з'ясовуємо,
що фактично ми дуже схожі
навіть на рівні біохімії мозку.
Тобто ось це демонструє не 99%,
а близько 90-відсоткове співпадіння,
коли йдеться про достатню ізоляцію,
усе у хмарі корелює у той чи інший спосіб.
А потім ми побачили, що є також сторонні зразки,
дещо, що лежить за межами хмари.
І ось ці гени дуже цікаві.
але їх дуже складно визначити.
Тож мені здається, що сьогоднішнє
важливе послання для всіх нас,
що, незважаючи на те, що ми пишаємось нашими відмінностями,
ми насправді дуже подібні
навіть на рівні мозку.
Тож, про які саме відмінності насправді йдеться?
Ось приклад дослідження, яке ми проводили,
щоб вивчити і побачити сутність відмінностей -
і вони дуже непомітні.
Ось, що ми бачимо, коли гени активовані у клітинах однакового типу.
Нам здалося, що ці два гени - хороший приклад.
Один називається RELN - він залучений у розвиток ранніх сигналів.
DISC1 - це ген,
відсутній у людей з шизофренією.
Вони не всі діагностовані,
але всі вони належать до групи з тією самою варіативністю генів.
Тож тут ви бачите
у випадку донора 1 і донора 4,
на відміну від двох інших,
що гени активовані
у дуже специфічних групах клітин.
Ось цей темно -фіолетовий осад у клітині
говорить про те, що там ген активований.
Ми наразі не знаємо,
чи залежить це від генетики індивідів,
чи від їхнього досвіду.
Такі дослідження потребують набагато більшої кількості зразків.
Наостанок, до теми
про складність мозку, і про те,
як багато нам ще належить вивчати.
Мені здається, що такі ресурси - надзвичайно цінні.
Вони надають вченим напрямок
їхніх досліджень.
Але наразі ми подивилися лише на декількох людей.
Звичайно, ми збираємося дослідити набагато більше.
І я закінчу свій виступ словами,
що тепер є інструменти,
але перед нами зовсім новий, не відкритий континент.
Ми на абсолютно новій межі, якщо можна так висловитися.
І таким чином, на безстрашних,
але поважаючих складність мозку вчених
очікує велике майбутнє.
Дякую.
(Оплески)