Εντ Μπόιντεν: Ένας διακόπτης για τους νευρώνες

Σκεφτείτε πως περάσατε τη μέρα σας για λίγο. Ξυπνήσατε, νιώσατε τον φρέσκο αέρα στο πρόσωπό σας βγαίνοντας έξω, συναντήσατε καινούργιους συναδέλφους και είχατε σπουδαίες συζητήσεις, και νιώσατε δέος όταν μάθατε κάτι καινούργιο. Αλλά στοιχηματίζω ότι υπάρχει κάτι από την μέρα σας που δεν σκεφτήκατε -- κάτι τόσο οικείο που πιθανότατα πολύ συχνά δεν το σκέφτεστε καθόλου. Και αυτό είναι πως όλες οι αισθήσεις, τα συναισθήματα, οι αποφάσεις και οι πράξεις διαμεσολαβούν από τον υπολογιστή στο κεφάλι σας που ονομάζεται εγκέφαλος.

Ο εγκέφαλος μπορεί να μην φαίνεται εντυπωσιακός εξωτερικά -- μερικά κιλά ροζ-γκρι σάρκας, άμορφης -- αλλά τα τελευταία εκατό χρόνια της νευροεπιστήμης μας επέτρεψαν να δούμε βαθύτερα μέσα στον εγκέφαλο και να δούμε την περιπλοκότητα που βρίσκεται εκεί μέσα. Και γνωρίζουμε πως αυτός ο εγκέφαλος είναι ένα απίστευτα περίπλοκο κύκλωμα φτιαγμένο από εκατοντάδες δισεκατομμύρια κύτταρα που ονομάζονται νευρώνες. Αντίθετα με έναν υπολογιστή σχεδιασμένο από ανθρώπους, όπου υπάρχει ένας αρκετά μικρός αριθμός διαφορετικών κομματιών -- ξέρουμε πως δουλεύουν, επειδή τα σχεδιάσαμε εμείς οι άνθρωποι -- ο εγκέφαλος είναι φτιαγμένος από χιλιάδες διαφορετικά είδη κυττάρων, ίσως δεκάδες χιλιάδες. Εμφανίζονται σε διαφορετικά σχήματα· είναι φτιαγμένα από διαφορετικά μόρια· και προβάλλουν και συνδέονται σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου. Επίσης αλλάζουν με διαφορετικούς τρόπους σε διαφορετικές καταστάσεις ασθένειας.

Ας το συγκεκριμενοποιήσουμε. Υπάρχει μια κλάση κυττάρων, ένα αρκετά μικρό κύτταρο, ένα ανασταλτικό κύτταρο, που κατασιγάζει τους γείτονές του. Είναι ένα από τα κύτταρα που φαίνονται να ατροφούν σε περιπτώσεις όπως η σχιζοφρένεια. Λέγεται το κύτταρο καλάθι. Και αυτό το κύτταρο είναι ένα από τα χιλιάδες είδη κυττάρων για τα οποία μαθαίνουμε. Ανακαλύπτονται καινούργια κάθε μέρα. Ένα δεύτερο παράδειγμα: αυτά τα πυραμιδικά κύτταρα, μεγάλα κύτταρα, μπορούν να επεκταθούν σε ένα σημαντικό μέρος του εγκεφάλου. Είναι διεγερτικά. Και αυτά είναι μερικά από τα κύτταρα που μπορεί να υπερλειτουργούν σε διαταραχές όπως η επιληψία. Καθένα από αυτά τα κύτταρα είναι μια απίστευτη ηλεκτρική συσκευή. Λαμβάνουν δεδομένα από χιλιάδες προγενέστερους συνεργάτες και υπολογίζουν την δικιά τους ηλεκτρική έξοδο, η οποία, εάν ξεπεράσει ένα συγκεκριμένο όριο, θα πάει σε χιλιάδες μεταγενέστερους συνεργάτες. Και αυτή η διαδικασία, η οποία χρειάζεται περίπου ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, συμβαίνει χιλιάδες φορές το λεπτό σε καθένα από τα 100 δισεκατομμύρια κύτταρα, καθ' όλη την διάρκεια της ζωής σας που σκέφτεστε και αισθάνεστε.

Πώς λοιπόν θα ανακαλύψουμε τι ακριβώς κάνει αυτό το κύκλωμα; Ιδανικά, θα μπορούσαμε να διασχίσουμε το κύκλωμα και να ενεργοποιήσουμε και απενεργοποιήσουμε αυτά τα διαφορετικά είδη κυττάρων και να δούμε εάν θα μπορούσαμε να ανακαλύψουμε ποιά από αυτά συντελούν σε συγκεκριμένες λειτουργίες και ποιές λειτουργούν λανθασμένα σε συγκεκριμένες παθολογίες. Εάν θα μπορούσαμε να ενεργοποιήσουμε κύτταρα, θα μπορούσαμε να δούμε ποιές δυνάμεις μπορούν να απελευθερώσουν τί μπορούν να ξεκινήσουν και να αντέξουν. Εάν μπορούσαμε να τα απενεργοποιήσουμε, τότε θα μπορούσαμε να δοκιμάσουμε και να ανακαλύψουμε σε τι χρησιμεύουν. Και αυτήν είναι μια ιστορία που θα σας πω σήμερα. Και ειλικρινά, αυτά που έχουμε βιώσει τα τελευταία 11 χρόνια, μέσα από μια προσπάθεια να βρούμε τρόπους ενεργοποίησης και απενεργοποίησης κυκλωμάτων και κυττάρων και τμημάτων και διαδρομών του εγκεφάλου, για την κατανόηση της επιστήμης, και επίσης να αντιμετωπίσουμε κάποια από τα θέματα που είναι κοινά σε όλους τους ανθρώπους.

Προτού σας πω για την τεχνολογία, τα άσχημα νέα είναι ότι ένα μεγάλο πλήθος από εμάς στο δωμάτιο, εάν ζήσουμε αρκετό καιρό, θα αντιμετωπίσουμε, πιθανώς, μια διαταραχή του εγκεφάλου. Ήδη, ένα δισεκατομμύριο άνθρωποι είχαν κάποιου είδους εγκεφαλικής διαταραχής που τους εξουδετερώνει. Αλλά οι αριθμοί δεν το αποτυπώνουν ακριβώς. Αυτές οι διαταραχές -- σχιζοφρένεια, Αλτσχάιμερ, κατάθλιψη, εθισμός -- όχι μόνο κλέβουν το χρόνο από τη ζωή μας, αλλά αλλάζουν το ποιοί είμαστε· αφαιρούν τις ταυτότητές μας και αλλάζουν τα συναισθήματά μας -- και αλλάζουν το ποιοί είμαστε ως άνθρωποι. Στον εικοστό αιώνα, υπήρχε ελπίδα που είχε δημιουργηθεί μέσω της ανάπτυξης φαρμακευτικών αγωγών για την θεραπεία εγκεφαλικών διαταραχών. Και ενώ πολλά φάρμακα έχουν αναπτυχθεί που μπορούν να μετριάσουν τα συμπτώματα των εγκεφαλικών διαταραχών, πρακτικά καμία από αυτές δεν μπορούμε να θεωρήσουμε ότι θεραπεύονται. Και μέρος αυτού είναι επειδή πλημμυρίζουμε τον εγκέφαλο με χημικά. Αυτό το περίτεχνο κύκλωμα φτιαγμένο από χιλιάδες διαφορετικά είδη κυττάρων κολυμπάει σε μια ουσία. Ίσως γι' αυτό, πιθανώς τα περισσότερα φάρμακα, και όχι όλα, στην αγορά μπορούν να παρουσιάσουν επίσης κάποιου είδους σοβαρή παρενέργεια.

Κάποιοι άνθρωποι έχουν βρει παρηγοριά σε ηλεκτρικούς διεγέρτες που είναι εμφυτευμένοι στον εγκέφαλο. Και για την νόσο του Πάρκινσον, κοχλιακά εμφυτεύματα, αυτά όντως έχουν την δυνατότητα να λειτουργήσουν ως κάποιου είδους θεραπεία σε ανθρώπους με συγκεκριμένα είδη διαταραχών. Αλλά η ηλεκτρική ενέργεια πηγαίνει προς όλες τις κατευθύνσεις -- το μονοπάτι με τη λιγότερη αντίσταση, από το οποίο, μερικώς, προέρχεται αυτή η φράση. Επίσης θα επηρεάσει φυσιολογικά κυκλώματα όπως και τα μη φυσιολογικά που θέλουμε να διορθώσουμε. Πάλι, επιστρέφουμε στην ιδέα του υπερβολικά ακριβή ελέγχου. Μπορούμε να πληκτρολογήσουμε πληροφορίες για το πού ακριβώς θέλουμε να πάμε;

Όταν ξεκίνησα στην νευροεπιστήμη πριν 11 χρόνια, είχα εκπαιδευτεί ως ηλεκτρολόγος μηχανικός και φυσικός, και το πρώτο πράγμα που σκέφτηκα ήταν, εάν αυτοί οι νευρώνες είναι ηλεκτρικές συσκευές, το μόνο που χρειάζεται να κάνουμε είναι να βρούμε έναν τρόπο να οδηγήσουμε αυτές τις ηλεκτρικές αλλαγές σε κάποια απόσταση. Εάν μπορούμε να ενεργοποιήσουμε ηλεκτρικά ένα κύτταρο, αλλά όχι τους γείτονές του, θα είχαμε το εργαλείο που χρειαζόμαστε για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση αυτών των διαφορετικών κυττάρων, να ανακαλύψουμε τί κάνουν και πώς συμβάλλουν στα δίκτυα που είναι ενσωματωμένα. Επίσης θα μας επέτρεπε να έχουμε τον υπερβολικά ακριβή έλεγχο που χρειαζόμαστε για να φτιάξουμε τα κυκλώματα που δυσλειτουργούν. Πως θα το κάνουμε λοιπόν αυτό; Υπάρχουν αρκετά μόρια που υπάρχουν στη φύση, που έχουν τη δυνατότητα να μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Μπορείτε να τα φανταστείτε ως μικρές πρωτεΐνες που μοιάζουν με ηλιακά κύτταρα. Αν μπορούμε κάπως να εγκαταστήσουμε αυτά τα μόρια στους νευρώνες, τότε αυτοί οι νευρώνες θα μπορούσαν να ελεγχθούν ηλεκτρικά με το φως. Και οι γείτονές τους, που δεν έχουν το μόριο, δεν θα μπορούσαν. Υπάρχει άλλο ένα μαγικό κόλπο που χρειάζεστε για να γίνουν όλα αυτά δυνατά, και αυτό είναι η ικανότητα του να βάλετε φως στον εγκέφαλο. Και για να το κάνετε αυτό -- ο εγκέφαλος δεν νιώθει πόνο -- μπορείτε να βάλετε -- εκμεταλλευόμενοι όλης της προσπάθειας που έχει γίνει πάνω στο Διαδίκτυο και στις επικοινωνίες και τα λοιπά -- οπτικές ίνες συνδεδεμένες σε λέιζερ που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε, για παράδειγμα σε ζωικά μοντέλα, σε προκλινικές μελέτες, αυτούς τους νευρώνες και να δείτε τι κάνουν.

Πως το κάνουμε αυτό λοιπόν; Γύρω στο 2004, σε συνεργασία με τον Γκίραλντ Νάγκελ και τον Καρλ Ντέισεροθ, αυτό το όραμα καρποφόρησε. Υπάρχει ένα συγκεκριμένο φύκι που κολυμπάει στην άγρια φύση, και χρειάζεται να οδηγηθεί προς το φως έτσι ώστε να φωτοσυνθέσει με το βέλτιστο τρόπο. Και αντιλαμβάνεται το φώς με ένα μικρό σημείο-μάτι που λειτουργεί όχι διαφορετικά από τα δικά μας μάτια. Στην μεμβράνη του, ή στο όριό του, περιέχει μικρές πρωτεΐνες που όντως μπορούν να μετατρέψουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτά τα μόρια λέγονται τσανελροδοψίνες. Και κάθε μια από αυτές τις πρωτεΐνες δρα όπως αυτό το ηλιακό κύτταρο για το οποίο σας είπα. Όταν το χτυπήσει το μπλε φως, ανοίγει μια μικρή τρύπα και επιτρέπει φορτισμένα σωματίδια να εισχωρήσουν από το σημείο-μάτι. Και αυτό επιτρέπει σ' αυτό το σημείο να διαθέτει ηλεκτρικό σήμα όπως ένα ηλιακό κύτταρο που φορτίζει μια μπαταρία.

Αυτό λοιπόν που πρέπει να κάνουμε είναι να πάρουμε αυτά τα μόρια και κάπως να τα εγκαταστήσουμε στους νευρώνες. Και επειδή είναι πρωτεΐνη, είναι κωδικοποιημένο στο DNA του οργανισμού. Το μόνο λοιπόν που έχουμε να κάνουμε είναι να πάρουμε αυτό το DNA, να το βάλουμε σε μια διανυσματική θεραπεία γονιδίου, όπως ένας ιός, και να το βάλουμε στους νευρώνες. Απ' ότι αποδείχτηκε αυτός ήταν πολύ παραγωγικός ο χρόνος στην γονιδιακή θεραπεία, και ερχόντουσαν πολλοί ιοί. Τελικά αποδείχθηκε πως ήταν πολύ απλό να γίνει. Και νωρίς το πρωί μια μέρα το καλοκαίρι του 2004, το δοκιμάσαμε, και δούλεψε με την πρώτη προσπάθεια. Παίρνεις αυτό το DNA και το βάζεις σ' έναν νευρώνα. Ο νευρώνας χρησιμοποιεί τον φυσικό μηχανισμό κατασκευής πρωτεϊνών για να κατασκευάσει αυτές τις μικρές φωτοευαίσθητες πρωτεΐνες και να τις εγκαταστήσει σ' όλο το κύτταρο, σαν να βάζουμε φωτοβολταϊκά στοιχεία στην οροφή. Και στην συνέχεια, έχεις έναν νευρώνα που μπορεί να ενεργοποιηθεί με φως. Αυτό είναι πολύ ισχυρό.

Ένα από τα τρικ που πρέπει να κάνεις είναι να καταλάβεις πως να μεταφέρεις αυτά τα γονίδια στα κύτταρα που θέλεις και όχι σ' όλους τους υπόλοιπους γείτονες. Και μπορεί να γίνει αυτό· μπορούμε να τροποποιήσουμε τους ιούς έτσι ώστε να χτυπούν μερικά κύτταρα και όχι άλλα. Και υπάρχουν και άλλα γενετικά κόλπα που μπορούν να γίνουν έτσι ώστε να έχουμε ενεργοποιούμενα από φως κύτταρα. Αυτό το πεδίο είναι πλέον γνωστό ως οπτογενετική. Και σαν ένα παράδειγμα για τα πράγματα που μπορούμε να κάνουμε, μπορούμε να πάρουμε ένα πολυσύνθετο δίκτυο, να χρησιμοποιήσουμε έναν από αυτούς τους ιούς για να μεταφερθεί το γονίδιο μόνο σε ένα είδους κύτταρο σ' αυτό το πυκνό δίκτυο. Και μετά, όταν ρίχνουμε φως σ' ολόκληρο το δίκτυο, θα ενεργοποιηθεί μόνο αυτού του τύπου το κύτταρο.

Για παράδειγμα, ας σκεφτούμε το κύτταρο καλάθι που προανέφερα -- αυτό που ατροφεί στην σχιζοφρένεια και είναι ανασταλτικό. Αν μπορέσουμε να μεταφέρουμε αυτό το γονίδιο σ' αυτά τα κύτταρα -- και δεν μεταλλαχθούν από την γονιδιακή έκφραση, φυσικά -- και μετά ρίξουμε μπλε φως σ' όλο το δίκτυο του εγκεφάλου, θα ενεργοποιηθούν μόνο αυτά τα κύτταρα. Και όταν το φως κλείσει, αυτά τα κύτταρα επιστρέφουν στην αρχική τους λειτουργία, δεν φαίνεται να αποστρέφονται κατά της διαδικασίας. Όχι μόνο μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε για να μελετήσουμε τι κάνουν αυτά τα κύτταρα, ποιος είναι ο ρόλος τους στην υπολογιστική ικανότητα του εγκεφάλου, αλλά μπορούμε επίσης να το χρησιμοποιήσουμε για να ανακαλύψουμε -- ίσως θα μπορούσαμε να ζωηρέψουμε την δραστηριότητα αυτών των κυττάρων, αν όντως είναι ατροφικά.

Θα ήθελα τώρα να σας πω μερικές σύντομες ιστορίες σχετικά με το πως το χρησιμοποιούμε αυτό, και στο επιστημονικό, κλινικό και προκλινικό επίπεδο. Μία από τις ερωτήσεις που αντιμετωπίσαμε είναι, ποια είναι τα σήματα στον εγκέφαλο που μεσολαβούν στην αίσθηση της ανταμοιβής; Επειδή αν θα μπορούσαμε να τα βρούμε, θα ήταν μερικά από τα σήματα που υποκινούν την μάθηση. Ο εγκέφαλος θα κάνει περισσότερο από οτιδήποτε πήρε αυτή την ανταμοιβή. Επίσης, αυτά είναι τα σήματα που πηγαίνουν στραβά σε διαταραχές όπως ο εθισμός. Αν μπορούσαμε λοιπόν να καταλάβουμε τι κύτταρα είναι, ίσως θα μπορούσαμε να βρούμε νέους στόχους για τους οποίους θα μπορούσαν να σχεδιαστούν ή να ελεγθούν φάρμακα, ή ίσως μέρη όπου θα μπορούσαν να τοποθετηθούν ηλεκτρόδια για ανθρώπους με σοβαρές αναπηρίες. Για να το κάνουμε λοιπόν αυτό, σκεφτήκαμε ένα απλό πρότυπο σε συνεργασία με τον όμιλο Φιορέλα, όπου η μια πλευρά αυτού του κουτιού, αν το ζώο πάει εκεί, το ζώο δέχεται έναν παλμό φωτός έτσι ώστε διαφορετικά κύτταρα στον εγκέφαλο να γίνουν ευαίσθητα στο φως. Αν λοιπόν αυτά τα κύτταρα μεσολαβούν στην αίσθηση της ανταμοιβής, το ζώο θα πρέπει να πηγαίνει εκεί ολοένα και περισσότερο. Και όντως αυτό συμβαίνει.

Το ζώο θα πάει στην δεξιά πλευρά και θα βάλει τη μύτη του εκεί, και δέχεται μια δέσμη από μπλε φως κάθε φορά που το κάνει αυτό. Και θα το κάνει αυτό εκατοντάδες φορές. Αυτοί είναι οι νευρώνες ντοπαμίνης, για τους οποίους κάποιοι από σας ίσως έχουν ακούσει σε κάποια σημεία απόλαυσης στον εγκέφαλο. Έχουμε δείξει ότι μία σύντομη ενεργοποίηση αυτών είναι αρκετή, όντως, για να δώσουν ώθηση στην μάθηση. Τώρα μπορούμε να γενικεύσουμε την ιδέα. Αντί για ένα σημείο στον εγκέφαλο, μπορούμε να φτιάξουμε συσκευές που επεκτείνονται στον εγκέφαλο, που μπορούν να μεταφέρουν φως σε τρισδιάστατα μοτίβα -- συστοιχίες οπτικών ινών, καθεμιά αντιστοιχισμένοι σε μια μοναδική μικροσκοπική δέσμη φωτεινής πηγής. Και μετά μπορούμε να δοκιμάσουμε πράγματα in vivo που μέχρι σήμερα έχουν γίνει μόνο σε πιάτο -- όπως υψηλής συχνότητας προβολή σε όλον τον εγκέφαλο για σήματα που μπορούν να προκαλέσουν συγκεκριμένα πράγματα. Ή θα μπορούσαν να είναι καλοί κλινικοί σκοποί για την θεραπεία εγκεφαλικών διαταραχών.

Και μια ιστορία που θέλω να σας πω είναι πως μπορούμε να βρίσκουμε στόχους για να θεραπεύουμε την διαταραχή του μετατραυματικού στρες -- μιας μορφής ανεξέλεγκτου άγχους και φόβου. Και ένα από τα πράγματα που κάναμε ήταν να υιοθετήσουμε ένα πολύ κλασσικό μοντέλο φόβου. Αυτό μας γυρίζει πίσω στις μέρες του Παύλωφ. Ονομάζεται Παυλόφια εξάρτηση φόβου -- ένα σήμα ήχου τελειώνει με ένα μικρό σοκ. Το σοκ δεν είναι επίπονο, αλλά είναι λίγο ενοχλητικό. Και με τον καιρό -- σ' αυτή την περίπτωση, ένα ποντίκι, που είναι καλό ζωικό μοντέλο, κοινώς χρησιμοποιούμενο σε τέτοια πειράματα -- το ζώο μαθαίνει να φοβάται τον τόνο. Το ζώο θα αντιδράσει παγώνοντας. όπως ένα ελάφι που το χτυπάει έντονο φως. Η ερώτηση είναι, τι στόχους μπορούμε να βρούμε στον εγκέφαλο που μας επιτρέπουν να ξεπερνάμε αυτόν το φόβο; Αυτό που κάνουμε λοιπόν είναι να παίξουμε αυτόν τον τόνο ξανά αφότου έχει συσχετιστεί με τον φόβο. Αλλά ενεργοποιούμε στόχους στον εγκέφαλο, διαφορετικούς, χρησιμοποιώντας αυτή τη συστοιχία από οπτικές ίνες για την οποία σας μίλησα στην προηγούμενη διαφάνεια, έτσι ώστε να προσπαθήσουμε να καταλάβουμε ποιοι στόχοι μπορούν να προκαλέσουν τον εγκέφαλο να ξεπεράσει αυτή την ανάμνηση του φόβου.

Σ’ αυτό λοιπόν το σύντομο βίντεο βλέπετε έναν από τους στόχους πάνω στον οποίο δουλεύουμε τώρα. Αυτή είναι μια περιοχή στον προμετωπιαίο φλοιό, μια περιοχή όπου μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε νόηση για να δοκιμάσουμε να ξεπεράσουμε αποτρόπαιες συναισθηματικές καταστάσεις. Και το ζώο θα ακούσει ένα τόνο -- και μια δέσμη φωτός έπεσε εκεί. Δεν υπάρχει ήχος σ’ αυτό, αλλά μπορείτε να δείτε το ζώο να παγώνει. Αυτός ο τόνος συνήθιζε να σημαίνει κακά νέα. Και υπάρχει ένα μικρό ρολόι στην αριστερή κάτω γωνία, άρα μπορείτε να δείτε το ζώο να εμπλέκεται δύο λεπτά σ’ αυτό. Και τώρα αυτό το επόμενο κλιπ είναι μόνο οκτώ λεπτά αργότερα. Και θα παιχτεί ο ίδιος τόνος, και το φως θα ανάψει ξανά. Οκέι, ξεκινάει. Τώρα. Και τώρα μπορείτε να δείτε, 10 λεπτά μετά το πείραμα, ότι εξοπλίσαμε τον εγκέφαλο φωτοενεργοποιώντας την περιοχή για να ξεπεράσουμε την έκφραση αυτής της ανάμνησης του φόβου.

Τα τελευταία χρόνια, επιστρέψαμε στο δέντρο της ζωής, επειδή θέλαμε να βρούμε τρόπους να απενεργοποιήσουμε κυκλώματα στον εγκέφαλο. Αν μπορούσαμε να το κάνουμε αυτό, θα ήταν πολύ ισχυρό. Αν μπορείς να διαγράψεις κύτταρα μόνο για λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου ή δευτερόλεπτα, μπορείς να καταλάβεις ποιον σημαντικό ρόλο παίζουν στα κυκλώματα στα οποία είναι ενσωματωμένα. Έχουμε τώρα μελετήσει οργανισμούς από όλο το δέντρο της ζωής -- κάθε βασίλειο της ζωής εκτός από τα ζώα, τα βλέπουμε ελαφρώς διαφορετικά. Και βρήκαμε όλα τα είδη μορίων, ονομάζονται χαλορχοδοψίνες ή αρχαιοδοψίνες, και ανταποκρίνονται σε πράσινο και κίτρινο φως. Και κάνουν την αντίθετη λειτουργία από το μόριο για το οποίο σας μίλησα πριν με τον ενεργοποιητή φωτός τσανελροδοψίνη.

Ας δώσω ένα παράδειγμα σχετικά με το που θεωρούμε ότι οδηγείται αυτό. Σκεφτείτε για παράδειγμα μια πάθηση όπως η επιληψία, όπου ο εγκέφαλος είναι υπερδραστήριος. Εάν τα φάρμακα αποτύχουν στην θεραπεία της επιληψίας, μία από τις στρατηγικές είναι να αφαιρεθεί μέρος του εγκεφάλου. Αλλά αυτό προφανώς είναι μη αναστρέψιμο, και θα μπορούσαν να υπάρξουν παρενέργειες. Τι θα γινόταν εάν μπορούσαμε να κλείσουμε τον εγκέφαλο για ένα μικρό χρονικό διάστημα, μέχρι η κρίση επιληψίας να σταματήσει, και να επιτρέψει στον εγκέφαλο να αποκατασταθεί στην αρχική του κατάσταση -- όπως ένα δυναμικό σύστημα το οποίο σταδιακά καταλήγει σε μια σταθερή κατάσταση. Αυτή λοιπόν η κινούμενη εικόνα προσπαθεί να εξηγήσει αυτή την ιδέα όπου κάναμε αυτά τα κύτταρα ευαίσθητα στο να απενεργοποιούνται με φώς, και ρίχνουμε φώς, και απλώς για την χρονική διάρκεια που χρειάζεται για να σταματήσει η επιληπτική κρίση, ελπίζουμε να είμαστε ικανοί να την απενεργοποιήσουμε. Δεν έχουμε λοιπόν δεδομένα για να σας δείξουμε εδώ, αλλά είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι μ' αυτό.

Θα ήθελα να κλείσω με μια ιστορία, η οποία νομίζουμε ότι είναι άλλη μια δυνατότητα -- όπου πιθανόν αυτά τα μόρια, εάν μπορούμε να τα ελέγχουμε με υπερβολική ακρίβεια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον ίδιο τον εγκέφαλο για να φτιάξουμε ένα νέο είδους προσθετικού, ένα οπτικό προσθετικό. Σας έχω πει ήδη πως αυτοί οι ηλεκτροδιεγέρτες δεν είναι ασυνήθιστοι. 75,000 άνθρωποι έχουν διεγέρτες εμφυτευμένους βαθιά στο κεφάλι τους για την ασθένεια Πάρκινσον. Μπορεί 100,000 άνθρωποι να έχουν κοχλιακά εμφυτεύματα, που τους επιτρέπουν να ακούν. Είναι ένα άλλο θέμα, όπου πρέπει να τοποθετηθούν αυτά τα γονίδια στα κύτταρα. Και νέα ελπίδα στην γενετική θεραπεία έχει αναπτυχθεί επειδή ιοί σαν τον αδενοσυσχετιζόμενο ιό, που πιθανότατα οι περισσότεροι από εμάς σε αυτό το δωμάτιο έχουμε, και δεν έχει κάποιο σύμπτωμα, που έχουν χρησιμοποιηθεί σε εκατοντάδες ασθενείς να μεταφέρουν γονίδια στον εγκέφαλο ή το σώμα. Και μέχρι στιγμής, δεν έχουν αναφερθεί σοβαρά αντίθετα γεγονότα συσχετιζόμενα με τον ιό.

Υπάρχει ένας τελευταίος ελέφαντας στο δωμάτιο, οι ίδιες οι πρωτεΐνες, οι οποίες προέρχονται από φύκια και βακτήρια και μύκητες, από όλο το δέντρο της ζωής. Οι περισσότεροι δεν έχουμε μύκητες ή φύκια στους εγκεφάλους μας, άρα τι θα κάνει ο εγκέφαλος εάν τα τοποθετήσουμε; Θα το ανεχτούν τα κύτταρα; Θα αντιδράσει το ανοσοποιητικό σύστημα; Στις πρώτες τους μέρες -- δεν έχουν δοκιμαστεί σε ανθρώπους ακόμα -- αλλά δουλεύουμε σε μια πληθώρα από μελέτες για να το δοκιμάσουμε και να το μελετήσουμε. Και μέχρι στιγμής δεν έχουμε δει εμφανείς αντιδράσεις οποιασδήποτε βαρύτητας σε αυτά τα μόρια ή στον φωτισμό του εγκεφάλου. Είναι ακόμα νωρίς, προκαταβολικά, αλλά είμαστε ενθουσιασμένοι γι' αυτό.

Θέλω να κλείσω με μια ιστορία, η οποία θεωρούμε θα μπορούσε δυνητικά να είναι κλινική εφαρμογή. Υπάρχουν πολλά είδη τύφλωσης όπου οι φωτοϋποδοχείς, οι ανιχνευτές φωτός που είναι στο πίσω μέρος του ματιού, έχουν εξαφανιστεί. Και ο αμφιβληστροειδής, φυσικά, είναι μια περίπλοκη δομή. Ας μεγεθύνουμε εδώ, έτσι ώστε να μπορούμε να το δούμε με περισσότερη λεπτομέρεια. Τα κύτταρα φωτοϋποδοχείς φαίνονται εδώ στην κορυφή, και τότε το σήμα που ανιχνεύεται από τους φωτοϋποδοχείς μεταμορφώνονται από διάφορους υπολογισμούς, μέχρι τελικά αυτό το στρώμα των κυττάρων στο κάτω μέρος, τα γαγγλιακά κύτταρα, μεταφέρουν την πληροφορία στον εγκέφαλο, όπου το βλέπουμε ως αντίληψη. Σε αρκετές μορφές τύφλωσης, όπως στη μελαγχρωστική αμφιβληστροειδοπάθεια, ή στην εκφύλιση της ωχράς κηλίδας, τα κύτταρα φωτοϋποδοχείς έχουν ατροφήσει ή καταστραφεί. Πως θα μπορούσε να επιδιορθωθεί αυτό; Δεν είναι καν ξεκάθαρο το πως ένα φάρμακο θα μπορούσε να το αποκαταστήσει, επειδή δεν υπάρχει κάτι για το φάρμακο για να δεσμευτεί. Από την άλλη πλευρά, το φως μπορεί ακόμα να μπει στο μάτι. Το μάτι είναι ακόμα διαφανές και μπορεί να περάσει φως απ' αυτό. Εάν μπορούσαμε να πάρουμε αυτές τις τσανελροδοψίνες και άλλα μόρια και να τα εγκαταστήσουμε σε μερικά από αυτά τα περίσσια κύτταρα και να τα μετατρέψουμε σε μικρές κάμερες. Και επειδή υπάρχει πληθώρα από αυτά τα κύτταρα στο μάτι, δυνητικά, θα ήταν πολύ υψηλής ανάλυσης κάμερες.

Αυτή είναι μια εργασία πάνω στην οποία δουλεύουμε. Ηγείται από έναν από τους συνεργάτες μας, Άλαν Χόρσαγκερ του Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνιας, και πρόκειται να διατεθεί στο εμπόριο από μια νεοσύστατη εταιρία Έος Νευροεπιστήμη, χρηματοδοτούμενη από το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας. Και εδώ βλέπετε ένα ποντίκι που προσπαθεί να λύσει έναν λαβύρινθο. Είναι ένας λαβύρινθος έξι αδιεξόδων. Και υπάρχει λίγο νερό στον λαβύρινθο ώστε να ενθαρρυνθεί το ποντίκι να μετακινηθεί, αλλιώς θα καθόταν απλώς εκεί. Και ο στόχος, φυσικά, από αυτόν τον λαβύρινθο είναι να βγει από το νερό και να πάει σε μία μικρή πλατφόρμα που είναι κάτω από την φωτιζόμενη θύρα. Τα ποντίκια είναι έξυπνα, έτσι αυτό το ποντίκι τελικά λύνει τον λαβύρινθο, αλλά κάνει εξαντλητική αναζήτηση. Κολυμπάει σε κάθε διάδρομο μέχρι τελικά να φτάσει στην πλατφόρμα. Δεν χρησιμοποιεί όραση για να το κάνει. Αυτά τα διαφορετικά ποντίκια είναι διαφορετικές μεταλλάξεις που αντικατοπτρίζουν διαφορετικά είδη τύφλωσης που επηρεάζουν τους ανθρώπους. Έτσι είμαστε προσεκτικοί στο να προσπαθούμε να δούμε αυτά τα διαφορετικά μοντέλα, και να βγάλουμε μια γενική προσέγγιση.

Πώς μπορούμε να το λύσουμε αυτό; Θα κάνουμε ακριβώς αυτό που περιγράψαμε στην προηγούμενη διαφάνεια. Θα πάρουμε αυτούς τους φωτοευαίσθητους στο μπλε αισθητήρες και θα τους εγκαταστήσουμε σε ένα επίπεδο από κύτταρα στην μέση του αμφιβληστροειδούς στο πίσω μέρος του ματιού και να τα μετατρέψουμε σε κάμερα. Ακριβώς όπως εγκαθιστούμε φωτοευαίσθητα κύτταρα σε αυτούς τους νευρώνες για να τους κάνουμε ευαίσθητους στο φώς. Το φώς μετατρέπεται σε ηλεκτρισμό σε αυτούς. Έτσι το ποντίκι ήταν τυφλό για μερικές εβδομάδες πριν από αυτό το πείραμα και έλαβε μια δόση από αυτό το φωτοευαίσθητο μόριο σε έναν ιό. Και όπως μπορείτε να δείτε, το ζώο μπορεί κανονικά να αποφύγει τοίχους και να πάει σε αυτή τη μικρή πλατφόρμα και να έχει πάλι γνωστική χρήση των ματιών του. Και να τονίσω την δύναμη αυτού: αυτά τα ζώα είναι ικανά να ανέβουν σε αυτή τη πλατφόρμα το ίδιο γρήγορα με ζώα που βλέπουν καθ’ όλη την διάρκεια της ζωής τους. Σε αυτή την προκλινική μελέτη, νομίζω, προμηνύεται η ελπίδα για το είδος των πραγμάτων που ευχόμαστε να κάνουμε στο μέλλον.

Για να κλείσω, θέλω να τονίσω ότι εξερευνούμε και νέα επιχειρηματικά μοντέλα για αυτό το νέο τομέα της νευροεπιστήμης. Αναπτύσσουμε αυτά τα εργαλεία, αλλά τα μοιραζόμαστε ελεύθερα με εκατοντάδες ομάδες σε όλον τον κόσμο, ώστε οι άνθρωποι να μπορούν να μελετήσουν και να δοκιμάσουν να γιατρέψουν διαφορετικές διαταραχές. Και η ελπίδα μας είναι πως, με την ανακάλυψη της λειτουργίας των εγκεφαλικών κυκλωμάτων σε ένα επίπεδο αφαίρεσης που μας επιτρέπει να τα επιδιορθώσουμε και να τα μελετήσουμε, μπορούμε να πάρουμε μερικές από αυτές τις δισεπίλυτες διαταραχές που προανέφερα, πρακτικά καμία δεν είναι ιάσιμη, και στον 21ο αιώνα να τις κάνουμε παρελθόν.

Ευχαριστώ.

(Χειροκρότημα)

Χουάν Ενρίκεζ: Μερικά από αυτά είναι λίγο πυκνά. (Γέλια) Αλλά οι επιπτώσεις του να μπορείς να ελέγξεις επιληπτικές κρίσεις με φως αντί για φάρμακα, και να μπορείς να στοχεύσεις αυτές συγκεκριμένα είναι ένα πρώτο βήμα. Το δεύτερο πράγμα που νομίζω ότι άκουσα να λες είναι πως μπορείτε να ελέγξετε τον εγκέφαλο με δυο χρώματα. Σαν ένα διακόπτη.

Εντ Μπόυντεν: Σωστά.

ΧΕ: Το οποίο κάνει κάθε σήμα που διαπερνά τον εγκέφαλο ένα δυαδικό κώδικα.

ΕΜ: Ναι, σωστά. Έτσι με μπλε φώς, μπορούμε να καθοδηγήσουμε πληροφορίες, και είναι στην μορφή της μονάδας. Και με την απενεργοποίηση τους, είναι λίγο πολύ το μηδέν. Η ελπίδα μας είναι τελικά να χτίσουμε εγκεφαλικούς συνεπεξεργαστές που θα λειτουργούν με τον εγκέφαλο, ώστε να μπορούμε να αυξήσουμε λειτουργίες σε ανθρώπους με ειδικές ανάγκες.

ΧΕ: Και θεωρητικά, αυτό σημαίνει πως, όπως ένα ποντίκι νιώθει, μυρίζει, ακούει, αισθάνεται, μπορείτε να το μοντελοποιήσετε σε μια σειρά από μονάδες και μηδενικά.

ΕΜ: Φυσικά, ναι. Ελπίζουμε να το χρησιμοποιήσουμε ως έναν τρόπο ελέγχου τι είδους νευρωνικοί κώδικες μπορούν να οδηγήσουν σε συγκεκριμένες συμπεριφορές και συγκεκριμένες σκέψεις και συγκεκριμένες αισθήσεις, και να το χρησιμοποιήσουμε ώστε να καταλάβουμε περισσότερα για τον εγκέφαλο.

ΧΕ: Αυτό σημαίνει πως μια μέρα θα μπορούμε να κατεβάσουμε αναμνήσεις και πιθανών να τις ανεβάσουμε;

ΕΜ: Λοιπόν αυτό είναι κάτι που ξεκινήσαμε να εργαζόμαστε πολύ σκληρά. Δουλεύουμε πάνω σε κάποια εργασία όπου προσπαθούμε να πλαισιώσουμε τον εγκέφαλο και με στοιχεία εγγραφής. Ώστε να μπορούμε να εγγράψουμε πληροφορίες και να οδηγήσουμε τις πληροφορίες πάλι μέσα -- κατά κάποιο τρόπο να υπολογίζουμε τι χρειάζεται ο εγκέφαλος έτσι ώστε να αυξηθεί η επεξεργασία πληροφορίας.

ΧΕ: Λοιπόν, αυτό μπορεί να αλλάξει μερικά πράγματα. Σε ευχαριστώ. (ΕΜ: Ευχαριστώ πολύ.)

(Χειροκρότημα)