Алан Джонс: Карта на мозъка

Хората отдавна изпитват възхищение към човешкия мозък. Изобразявали сме го графично, описвали сме го, рисували сме го, катографирали сме го. В момента също като световните физически карти, които са повлияни от технологиите -- помислете за Google Maps, или за GPS-а -- тази трансформация повлиява и катрографирането на мозъка.

Така нека погледнем мозъка. Когато повечето хора видят за първи път един човешки мозък преди да бъде препариран, те си казват: "Не изглежда по начина, по който обикновено го виждаме изложен." Обикновено това, което виждате е препариран мозък. Той е сив. И този външен слой, това са кръвоносни съдове, което е невероятно, те са разположени около човешкия мозък. Това са кръвоносни съдове. 20 процента кислород, идващи от вашите бели дробове, 20% кръв изпомпана от сърцето ви обслужва този орган. Това е все едно да стискаш два юмрука, само е малко по-голям от тях.

Към края на 20 век, учените научават, че те могат да проследят циркулацията на кръвта, за да разберат без хирургическа намеса, когато в мозъка се случва някаква дейност. Така например, те могат да видят в задната част на мозъка, която точно се обръща там. Това е малкият мозък, който в този момент ви държи изправени. Той ме държи изправен. Намесен е в координацията на движенията ми. От тази страна е слепоочния дял. Това е районът, където се обработва звукът -- така вие чувате думите ми, и след това ги изпращате до по-високи центрове, където се преработва езикът. В предната част на мозъка е мястото, в което се извършват всички по-сложни мисловни процеси -- това е този дял на мозъка, който се развива най-късно. Това е мястото, в което се взимат всички решения. Това е мястото, в което решавате в този момент, че най-вероятно няма да поръчате пържола за вечеря.

И така ако погледнете по-задълбочено в мозъка, едно от нещата, което ще осъзнаете, ако погледнете в сечението му е, че няма да откриете много структура. Но всъщност в мозъка има структура. Неговите клетки и невронни влакна са свързани. Така преди сто години, няколко изследователи откриха оцветител, който може да оцветява клетки. И това се вижда тук в светло синия дял. Можете да видите тук райони, в които нормалните клетки са оцветени. И това което можете да видите е, че те на са еднакви. Можете да откриете доста структура в тях. Така външната част на мозъка е мозъчната кора (неокортекса). Тя цялата е едно звено за преработка на информация, ако искате да го наречете така. Но вие може да видите и неща под повърнхостта. И всички тези празни райони са местата, в които нервните влакна преминават. Там има по-малка плътност на клетките. В мозъка ни има около 86 милиарда неврона. Както можете да видите тук, те са много неравномерно разпределени. И това как са били разпределени допринася към тяхната скрита функция. И разбира се, както споменах преди това, понеже сега можем да картографираме мозъчната функция, ние можем да ги свържем с индивидуални клетки.

И така нека погледнем по-задълбочено. Нека разгледаме невроните. Както споменах, има 86 милиарда неврона. Освен това има и тези малки клетки, както можете да видите. Това са поддържащи клетки -- астроцитни глиални клетки. И нервите са тези, които получават информация. Те я съхраняват, те я обработват. Всеки неврон е свързан със синапси с до 10 000 неврона в нашия мозък. И всеки неврон е уникален. Уникалният характер на двата индивидуални неврона и невроните в съвкупност в мозъка са управлявани от фундаментални свойства на тяхната скрита биохимия. Това са протеини. Това са протеини, които конторлират неща като йонно каналните движения. Те контролират как си партнират клетките на нервната система. И те контролират из основи всичко, което нервната система трябва да направи.

И така ако разгледаме под лупа тези протеини, ще открием, че те са кодирани с нашите геноми. Всички ние имаме 23 двойки хромозома. Ние получаваме един от майката и един от бащата. И в тези хромозоми има приблизително 25 000 гена. Те са кодирани в ДНК-то. И природата на всяка клетка, управлявана от скритата биохимия диктува, кои от тези 25 000 гени са включени и на какво ниво са активирани.

И така нашият проект разглежда извадката, опитвайки се да разбере кои от тези 25 000 гена са активирани. Така че за да предприемем такъв проект очевидно имаме нужда от мозъци. И така натоварихме нашия лаборант с тази задача. Търсехме нормални човешки мозъци. Започнахме с търсене в патологиите. Местата, където носят труповете. Ние търсехме нормални човешки мозъци. Има много критерии, по които избираме тези мозъци. Искахме да сме сигурни, че имаме нормални хора между 20 и 60 години, които са умрели по естествен начин без мозъчни наранявания, без психически заболявания, без употреба на наркотици -- това се проверява в токсикологията. Подбираме внимателно мозъците, които изследваме. Също подбираме мозъци, от които можем да вземем тъкан, имаме разрешение да вземем тъкан в рамките на 24 часа след настъпването на смъртта. Защото това, което се опитваме да измерим, рибонуклеиновата киселина (РНК), която може да бъде разчетена от нашите гени, е много крехка. Поради тази причина трябва да действаме бързо.

И тук искам да вметна нещо по отношение на събирането на мозъци, заради начина, по който ги събираме и защото всъщност ние го правим със съгласие. Всъщност разполагаме с много повече мъжки от женски мозъци. Много по-вероятно е мъж да загине в разцвета на живота си. И много по-вероятно е партньорът им да даде съгласие за изследването, отколкото ако това е жена.

(Смях в залата)

И така първото, което правим, когато започнем със събирането е това, което наричаме магнитен резонанс. Това е магнитно-резонансна томография -- МРТ. Това е стандартна матрица, чрез която се опитваме да изложим остатъка от данните. И така ние правим магнитния резонанс. Това е все едно сателитна снимка за нашата карта. Следващата ни стъпка е да съберем това, което се нарича дифузно тензорно изображение. Така картографираме най-големите връзки в мозъка. Може да мислите за това като магистрали свързващи различни щати. Мозъкът се вади от черепа и се реже на едносантиметрови филийки. Те са в замръзнало състояние и така се транспортират до Сиатъл. И в Сиатъл, ние взимаме това -- което е едно цяло човешко полукълбо -- и го слагаме в нещо, което е принципно една подобрена резачка на месо. В нея има едно острие, което реже напречно секциите в тъканта и ги превръща в микроскопични филийки. Тогава ще добавим едно от тези петна в нея и ще го сканираме. И това, което ще получим е нашата първа карта.

И това е мястото, в което на помощ ни се притичат експертите и те изпълняват една основна анатомична задача. Можете да ги наречете държавни граници, ако искате, тези красиви широки очертания. От тях ние сме в състояние да фрагментираме мозъка на още части, които можем да сложим в по-малък криостат. И това изображение показва точно това -- тази замръзена тъкан, която вече е нарязана. Тук тя е тънка 20 микрона, което е с дебелината на бебешка коса. И помнете, тя е замръзнала. И тук можете да видите как сме приложили старомодната техника на четката за рисуване. Взимаме това микроскопично парче. След това ще разтопим много внимателно парчето. След което то ще отиде в робота, който ще му сложи едно от тези петна. Нашите специалисти по анатомия ще могат да получат по-пълен поглед върху тъканта.

И така това е отново, което те могат да видят под микроскопа. Може да видите тук колекции и конфигурации на големи и малки клетки в определени групи и на различни места. И от този момент нататък всичко е рутина. Те знаят какво да направят. И те могат да изготвят нещо като атлас. Това е по-подробна карта.

Нашите учени после използват това, за да се върнат към друга част от тази тъкан и да направят това, което се нарича лазерна микродисекция. И така техникът взима инструкциите. Те драскат по това място тук. И след това лазерът реже. Можете да видите тази синя точка тук, която реже. И тук тъканта пада. Можете да видите процеса на микроскопското изображение тук. Това се случва в реално време. Отдолу има контейнер, който събира тъканта. Ние взимаме тази тъкан, извличаме рибонуклеиновата киселина от нея, използвайки няколко основни технологии и после слагаме флуоресцентен маркер. Взимаме маркирания материал и го слагаме в така наречената генна матрица.

Сега това тук може да ви изглежда като един куп от точки, но всяка една от тези индивидуални точки е уникална част от човешкия геном, който забелязахме преди това. Този има грубо 60 000 елемента, тоест ние многократно измерваме различни гени от 25000-те гена в генома. А когато вземем проба и я хибридизираме, получаваме уникална характеристика, количествено какви гени се появяват в пробата.

Сега ще повторим няколко пъти този процес за няколко различни мозъка. Ще вземем хиляди проби от всеки мозък. Показаната тук област се нарича хипокампус. Тя участва в ученето и запаметяването. От нея се взимат около 70 проби от тези хиляда. Така всяка проба ни предоставя близо 50 000 данни с повторните измервания, хиляда проби.

Така ние имаме 50 милиона данни за един човешки мозък. До момента сме обработили данни равностойни на два човешки мозъка. Събрали сме ги заедно, в едно цяло и ще ви покажа как изглежда тази синтеза. Принципно това е един огромен сет от информация, който е достъпен за всеки учен на Земята. Те дори не трябва да се регистират някъде, за да могат да използват този инструмент. Претърсете тази информация и намерте някакъв интересен факт там. Това тук са действията, които събрахме. Ще започнете да ги разпознавате от това, което събирахме преди това. Това е компютърната томография. Тя осигурява рамката. Има оперативно табло в дясно, което ви позволява да завъртите, позволява ви да приближите обекта, позволява ви да подчертаете индивидуални структури.

Най-важното е, че сега изобразяваме в анатомичната рамка, която е обща рамка за да бъде разбрано къде са активирани гените. Червените места са тези, в които гените се проявяват в голяма степен. Зелените са тези студени райони, в които гените не са включени. И всеки ген ни дава характеристика. И запоменте, че ние инспектирахме всички 25 000 гена от генома и разполагаме с всички тези данни.

Така, какво могат да разберат учените от тези данни? Ние самите тъкмо започваме да разглеждаме данните. Има някои основни неща, които бихте искали да разберете. Два много добри примера са медикаментите -- прозак и велбутрин. Това са широко предписвани антидепресанти. Сега запоменте, че ние инспектираме гените. Гените изпращат инструкции, за да се направят протеини. Протеините са целта на медикаментите. Така те се свързват с тях и например могат да ги деактивират. И така ако искате да разберете действията на медикаментите, вие искате да разберете как те действат по начина, по който на вас ви се иска или по начин, по който не би ви се искало. При техните страничните ефекти, и прочее, вие искате да видите къде тези гени са включени. И за първи път можем да го направим. Можем да го направим изследвайки няколко индивида.

Така че сега можем да погледнем в мозъка. Можем да видим тези уникални следи. Можем да получим потвърждение. Можем да получим потвърждение, че ген е включен -- от нещо като прозак, в серотонинните структури, неща, за които се знае, че са засегнати -- но също така получаваме и цялостната картина. Ние виждаме райони, които никой друг не е виждал преди това, и виждаме тези гени активирани. Много интересен страничен ефект. Друго нещо, което можете да направите, понеже е действие, което съвпада с мотива, защото оставя уникална следа, е да сканирате целия геном и намерите други протеини, които показват подобни следи. И така ако се опитвате да откриете някакво лекарство, можете да преминете през цял списък с това какво може да предложи генома, за да намерите по-точни цели за лекарството и да го оптимизирате.

Повечето от вас са чували за широко разпространените изследвания, свързани с геномите, от журналистите, казващи: "Учени откриха гена или гените, които влияят на Х." И така този вид изследвания се публикуват често от учени и те са страхотни. Те анализират широка част от населението. Те разглеждат целия им геном и се опитват да открият горещи точки, свързани с гените им. Но това, което получавате от подобни упражнения е просто списък от гени. Той ви казва какво, но не и къде. И така много е важно за учените, че създадохме този ресурс. Сега те могат да дойдат и да започнат да търсят улики за различни дейности. Могат да започнат да разглеждат общи пътища -- по различен начин от начина, по който са го правили преди това.

Така смятам, че тази публика може да разбере значението на индивидуалността. Факт е, че всеки човек има различна генетична история, че ние всички живеем различни животи. Но е факт, че повече от 99 % геномите ни са еднакви. Ние сме еднакви на генетично ниво. А това, което открихме е, че дори и на биохимично ниво в мозъците ни. ние сме доста еднакви. И така това показва, че не са 99 %, но приблизително 90 % съответствие, на сносен разрез, така че всичко в облака е приблизително съгласувано. И после открихме няколко изключения, няколко елемента, които лежат извън множеството. И тези гени са интересни, но те са едва доловими. И така това е нещо важно, което трябва да вземем със себе си -- макар че празнуваме нашите различия, ние сме доста еднакви дори на мозъчно ниво.

И така как изглеждат тези различия? Това е пример за едно изследване, което направихме с цел да проследим и да видим какви са тези разлики -- и те са доста минимални. Това са случаи, в които гените са активирани в индивидуални клетки. Това са два гена, които служат като добър пример. Единият се нарича RELN -- той участва в ранното ни развитие. DISC1 е ген, който е заличен при шизофрениците. Това не са шизофреници, но те показват разлики от останалото население. И това, което виждате в момента при донор едно и донор четири, което ги различава от другите два е, че гените им са активирани в много специфичен набор от клетки. Това е тъмно лилавото отлагане в клетката, което ни показва, че генът е включен. Дали това се дължи на индивидуалната генетична история или на техния опит, не може да се каже. Този тип изследвания изискват много по-голям извадка.

Искам да приключа със заключителна бележка за сложността на мозъка и колко много още имаме да учим. Мисля, че тези източници на информация са невероятно важни. Те дават на учените опора накъде да тръгнат. Но на този етап правим изследванията си само на базата на една шепа индивиди. Със сигурност ще изследваме повече. Ще завърша само казвайки, че инструментите са тук и това е един наистина неизследван, неоткрит континент. Това е новата граница, ако искате да я наречете така. И за онези от вас, които остават непоколебими, но изпълнени с уважение към сложността на мозъка, бъдещето ви очаква.

Благодаря ви.

(Аплодисменти)