Allan Jones: Az agy térképe

Az embereket régóta lenyűgözi az emberi agy. Részekre osztottuk, leírtuk, lerajzoltuk, térképet készítettünk róla. Éppen úgy, mint a fizikai világunk térképeivel, amelyeket nagyban befolyásol a technika -- gondoljanak csak a Google Maps-re, a GPS-re -- ugyanaz a dolog történik az agy térképezésével is az átalakulás során.

Tehát vessünk egy pillantást az agyra. A legtöbb ember, amikor megnéz egy friss emberi agyat, azt mondja: "Ez nem úgy néz ki, mint amit tipikusan látsz, amikor valaki megmutat neked egy agyat." Amit tipikusan néz az ember, az egy fixált agy. Szürke. Ez a külső réteg, ez az érrendszer, ami hihetetlen, az emberi agy körül. Ez az érhálózat. Az oxigén 20%-a, ami a tüdőből jön, a vér 20%-a, amit a szív pumpál, ezt az egy szervet szolgálja. Alapvetően, ha a két öklünket összerakjuk, az agy csak egy picit nagyobb, mint a két ököl.

A tudósok a 20. század vége felé rájöttek, hogyan követhetik a véráramot ahhoz, hogy nem invazív módon térképezzék fel, hol megy végbe aktivitás az emberi agyban. Így például beleláthatnak az agy hátsó részébe, ami éppen most fordul ide. Ez a kisagy; ez tart minket felegyenesedve. Ez tart állva. Részt vesz a koordinációs mozgásokban. Itt oldalt ez a temporális kéreg. Ez az a terület, ahol az elsődleges hallás végbemegy -- így hallják a hangomat, és elküldik a magasabb rendű nyelvi feldolgozó központokba. Az agy elülső része felé haladva itt van a bonyolultabb gondolkodás, döntéshozás helye -- ez lesz utoljára érett a késői felnőttkorban. Itt megy végbe az összes döntéshozó folyamat. Ez az a hely, ahol éppen most talán azt döntik el, hogy nem rendelnek steaket vacsorára.

Szóval, ha mélyebben belenézünk az agyba, ha megnézzük a keresztmetszetét, az egyik dolog, amit látunk az, hogy nem igazán látunk sok szerkezetet. De valójában nagyon strukturált. A sejtjei és vezetékei mind össze vannak kötve egymással. Kb. 100 évvel ezelőtt néhány tudós felfedezett egy festéket, ami megfesti a sejteket. Ez látható itt a nagyon világos kék részen. Láthatjuk azokat a területeket, ahol az idegsejttestek meg vannak festve. És amit látunk, nem egységes. Bonyolult szerkezetet látunk. Szóval az agy külső része a neocortex (magyarul új agykéreg). Ez egy folytonos feldolgozóegység, ha úgy tetszik. De alatta is láthatunk dolgokat. Ezek a fehér területek azok a helyek, amiken keresztül a vezetékek futnak. Ezek valószínűleg kevesebb sejtet tartalmaznak. Körülbelül 86 milliárd idegsejt található az agyunkban. És amint látják, nagyon egyenlőtlenül oszlanak el. Az, hogy hogyan oszlanak el, kapcsolatban van az alapműködésükkel. És természetesen, ahogy már korábban említettem, mivel elkezdtük feltérképezni az agy működését, elkezdhetjük hozzákötni az egyedi sejtekhez.

Nézzük csak meg mélyebben. Nézzük az idegsejteket. Tehát amint mondtam, 86 milliárd idegsejtünk van. Vannak még ezek a kisebb sejtek is, ahogy látni fogják. Ezek támasztósejtek -- astrocyta gliasejtek. Maguk az idegek azok, amik a bemenő jeleket kapják. Tárolják és feldolgozzák. Minden idegsejt szinapszisokon keresztül kapcsolódik legalább tízezer másik idegsejthez az agyban. És minden idegsejt önmaga is jórészt egyedi. Mind az egyes idegsejtek, mind az agyon belüli idegsejtek együttesének egyedi jellegzetességeit alapvető biokémiájuk sarkalatos tulajdonságai irányítják. Ezek fehérjék. Olyan fehérjék, amelyek olyasmit szabályoznak, mint az ioncsatornák. Azt irányítják, hogy kivel társulnak az idegrendszer sejtjei. Alapvetően mindent ezek szabályoznak, amit az idegrendszer csinál.

Ha még mélyebb szintre közelítünk, ezek a fehérjék mind bele vannak kódolva a genomunkba. Mindannyiunknak 23 pár kromoszómája van. A párokból egyet anyutól, egyet aputól kapunk. És ezeken a kromoszómákon durván 25 ezer gén van. A DNS-be vannak belekódolva. Egy adott sejt természetét, amelyet alapvető biokémiája irányít, az szabja meg, hogy ebből a 25 ezer génből melyik van bekapcsolva, és milyen szinten van bekapcsolva.

A projektünk ezt a kiolvasott információt kutatja, megnézzük ezt az információt, hogy megtudjuk, ebből a 25 ezer génből melyik van bekapcsolva. A projekt végrehajtásához nyilvánvalóan agyakra van szükségünk. Ezért kiküldtük a labortechnikusunkat. Szabályos emberi agyakat keresünk. Az orvosszakértői hivatalban kezdtük. Ez az a hely, ahova a halottakat viszik. Szabályos emberi agyakat keresünk. Sok kritérium alapján választjuk ki ezeket az agyakat. Biztosnak kell lennünk abban, hogy 20-60 éves közötti átlagos emberek, akik valamilyen természetes halállal haltak meg, amely nem károsította az agyukat, nincs pszichiátriai kórelőzményük, nem drogoztak -- toxikológiai vizsgálatot végzünk. Nagyon óvatosak vagyunk az aggyal, amit elviszünk. Olyan agyakat választunk, amelyekben a szövetet, a szövet elviteléhez való hozzájárulást a halál után 24 órán belül megkaphatjuk. Mivel amit mérni akarunk, az RNS -- amely a génjeink kiolvasott információja -- nagyon labilis, így nagyon gyorsan kell lépnünk.

Egy széljegyzet az agyak gyűjtéséhez: a gyűjtés módja miatt, és mivel hozzájárulást kérünk, sokkal több férfiagyunk van, mint női. A férfiak sokkal nagyobb valószínűséggel halnak hirtelen halált életük teljében. És a férfiaknak sokkal valószínűbb, hogy van egy fontos valakijük, házastársuk, aki beleegyezését adja, mint a másik nemnek.

(Nevetés)

Tehát az első dolog, amit a begyűjtés helyén teszünk, hogy beszerezzük az MR-t. Ez a mágneses rezonanciás képalkotás -- MRI. Ez egy standard sablon, amellyel a többi adatot fogjuk be. Tehát megcsináljuk az MR-t. Úgy gondoljanak rá, hogy ez a térképünk műholdas nézete. A következő dolog, amit csinálunk, a diffúziós tenzor leképezés. Ez az agy nagy idegpályáit térképezi le. Úgy gondolhatnak erre, ha tetszik, mintha az államok közötti autópályákat térképeznénk. Az agyat kiveszik a koponyából, aztán egy centiméteres szeletekre vágják. Ezeket megfagyasztják, majd elszállítják Seattle-be. Mi Seattle-ben fogjuk ezeket -- ez egy teljes emberi félteke --, és betesszük őket alapvetően egy megszépített hússzeletelőbe. Van itt egy penge, ami átvágja a szövetmetszetet, és átalakítja mikroszkópos metszetté. Aztán az egyik festékkel megfestjük, és megvizsgáljuk. Amit így kapunk, az az első térképezésünk.

Itt jönnek a képbe a szakértők, és alapvető anatómiai felosztást végeznek. Államhatároknak is képzelhetik ezeket, azokat a meglehetősen durva körvonalakat. Ebből aztán az agyat további darabokra tudjuk szétszedni, amiket majd egy kisebb kriosztátba tehetünk. Éppen ezt mutatom itt -- ez a fagyasztott szövet, amit éppen vágnak. Ez húsz mikron vastag, körülbelül egy kisbaba hajszálának a szélességével egyenlő. Ne felejtsék el, meg van fagyasztva. Itt láthatják, hogy egy régimódi technikát, ecsetet alkalmazunk. Fogunk egy mikroszkópos metszetet. Nagyon óvatosan ráolvasztjuk a tárgylemezre. Ezután egy robotra kerül, amely valamelyik festéket alkalmazza. Jönnek az anatómusaink , és alaposabban megnézik.

Ezt látják a mikroszkóp alatt. Nagy és kis sejtek halmozódását és alakzatait látják csoportokba rendeződve, különböző helyeken. Innen kezdve már rutinmunka jön. Tudják, hol kell megcsinálni a felosztásokat. Alapvetően egy referenciaatlaszt tudnak készíteni. Ez egy részletesebb térkép.

A tudósaink aztán ezt használják arra, hogy visszatérjenek ugyanannak a szövetnek egy másik darabjához, és lézer mikrodisszekciót végezzenek. A technikus megkapja az utasításokat. Körberajzol egy helyet. Aztán a lézer kivágja. Látják azt a kék pontot, amit kivág. Aztán ez a szövet leesik. Itt láthatják a mikroszkopikus metszetet, ez valós időben történik. Van egy tartály alatta, ami felfogja a szövetet. Vesszük ezt a szövetet, alapvető technológia segítségével RNS-t tisztítunk belőle, aztán egy fluoreszcens jelet teszünk rá. Fogjuk ezt a megjelölt anyagot, és egy microarray-re tesszük.

Ez most Önöknek lehet, hogy úgy néz ki, mint egy csomó pont, de ezeknek az egyedi pontoknak mindegyike valójában a humán genom egy egyedi darabja, amit üvegre képeztünk le. Durván 60 ezer elem van rajta, tehát a genomban lévő 25 ezer gén változatait többször mérjük. Amikor veszünk egy mintát és hozzá hibridizáljuk, egy egyedi lenyomatot kapunk, ha úgy tetszik, mennyiségileg megkapjuk, hogy abban a mintában mely gének vannak bekapcsolva.

Ezt a folyamatot újra és újra megcsináljuk egy adott agy esetében. Mindegyik agyból több mint ezer mintát veszünk. Ez a terület, amit itt látnak, a hippokampusz. Ez a tanulásban és a memóriában játszik szerepet. És ez körülbelül 70 mintával járul hozzá ahhoz az ezer mintához. Mindegyik minta körülbelül 50 ezer adatpontot ad nekünk, ismételt mérésekkel, ezer mintából.

Így durván 50 millió adatpontunk van egy adott emberi agy esetében. Éppen most csináltunk meg két emberi agynyi adatot. Ezeket egy dologgá illesztjük össze, és megmutatom Önöknek, hogy néz ki ez a szintézis. Ez alapvetően egy nagy információs adathalmaz, amely szabadon elérhető bármelyik tudós számára a világon. Még csak be sem kell jelentkezniük ennek az eszköznek a használatához, hogy bányásszanak az adatok között, hogy érdekes dolgokat tudjanak meg. Itt van a jelleg, amit összeraktunk. Felismerhetik azokat a dolgokat, amikből kiindultunk. Itt van az MR. Ez adja a vázat. A jobb oldalon van egy kezelői oldal, ami lehetővé teszi a forgatást, a nagyítást, lehetővé teszi egyedi struktúrák kiemelését.

De a legfontosabb, hogy most már ebben az anatómiai vázban térképezünk, amely egy közös váz az embereknek, hogy megtudják, hol vannak bekapcsolva a gének. A piros felszínek azok, ahol a gének nagymértékben be vannak kapcsolva. A zöld egyfajta hideg terület, ahol nincsenek bekapcsolva. Mindegyik gén egy ujjlenyomatot ad nekünk. Ne felejtsék el, megvizsgáltuk mind a 25 ezer gént a genomban, és az összes adatot elérhetővé tettük.

Mit tanulhatnak a tudósok ezekből az adatokból? Mi magunk is éppen most kezdjük megnézni ezeket az adatokat. Van néhány alap dolog, amit az ember meg szeretne tudni. A gyógyszer a fő példánk , a Prozac és a Wellbutrin. Ezek rendszeresen felírt antidepresszánsok. Ne felejtsék el, géneket vizsgálunk. A gének küldik a fehérjék készítéséhez az utasításokat. A fehérjék a gyógyszerek célpontjai. A gyógyszerek hozzákapcsolódnak a fehérjékhez, és kikapcsolják őket stb. Ha meg akarjuk érteni a gyógyszerek működését, meg akarjuk érteni, hogyan működnek úgy, ahogy szeretnénk, és úgy, ahogy nem akarjuk, hogy működjenek. A mellékhatások profiljában stb., azt akarjuk látni, hogy azok a gének hol vannak bekapcsolva. És most először ezt tényleg meg tudjuk tenni. Ezt több egyedben is megtehetjük, amiket megvizsgáltunk.

Tehát körülnézhetünk az agyban. Láthatjuk ezeket az egyedi ujjlenyomatokat. Megerősítést kaphatunk. Megerősítést kaphatunk, hogy valóban, a gén be van kapcsolva -- olyasmi esetében, mint a Prozac, a szerotonerg szerkezetekben, olyan dolgok esetében, amikről már tudjuk, hogy hatásosak -- de az egész dolgot is láthatjuk. Olyan területeket is láthatunk, amiket senki nem nézett meg ezelőtt, és látjuk, hogy ezek a gének itt be vannak kapcsolva. Ez olyan érdekes mellékhatás, amilyen csak lehet. Egy másik dolog, amit az ilyesmivel meg lehet csinálni, mivel ez egy mintaillesztési feladat, mivel egyedi ujjlenyomatok vannak, hogy végig pásztázzuk az egész genomot, és más fehérjéket keresünk, amelyeknek hasonló ujjlenyomatuk van. Ha az ember például a gyógyszerkutatásban dolgozik, végigmehet a teljes listán, amit a genom ad, hogy esetleg jobb gyógyszercélpontot találjon és optimalizáljon.

Önök közül valószínűleg nagyon sokan ismerik a genommal kapcsolatos tanulmányokat, ahogy a hírekben közvetítik: „A tudósok nemrég felfedezték azt a gént vagy géneket, amely(ek) X-re hat(nak).” Ezeket a fajta tanulmányokat rendszeresen publikálják a tudósok, és ezek nagyszerűek. Nagy populációkat elemeznek. Megnézik a teljes genomot, és megpróbálnak aktivitási forró pontokat találni, amelyek okozatilag a génekhez kapcsolódnak. De egy ilyen kísérletből egyszerűen csak egy génlistát kapunk. Ez megmutatja, hogy mi, de nem mutatja meg, hogy hol. Ezeknek a kutatóknak nagyon fontos, hogy létrehoztuk ezt a forrást. Most bejöhetnek, és kulcsot kaphatnak ezekhez az aktivitásokhoz. Elkezdhetnek közös útvonalakat keresni -- más olyan dolgokat, amiket azelőtt nem tudtak megcsinálni.

Azt hiszem, ez a közönség különösen megérti az egyéniség fontosságát. Úgy gondolom, minden embernek, mindannyiunknak más genetikai háttere van, mindannyian független életet élünk. De tény, hogy a genomunk több mint 99%-a azonos. Genetikai szinten azonosak vagyunk. És valójában azt találjuk, hogy még az agy biokémiai szintjén is meglehetősen hasonlóak vagyunk. Ez azt mutatja, hogy nem 99%, hanem durván 90% egyezés van egy ésszerű határon belül, tehát a felhőben minden nagyjából összefüggésben van. Találunk néhány távol álló pontot, olyanokat, amik a felhőn kívül találhatók. És azok a gének érdekesek, de nagyon apróak. Azt hiszem, egy fontos üzenet, amit ma hazavihetnek, hogy annak ellenére, hogy a különbségeinket hangsúlyozzuk, meglehetősen hasonlóak vagyunk még az agy szintjén is.

Hogy néznek ki a különbségek? Ez egy olyan tanulmányból vett példa, amit azért végeztünk, hogy lássuk, pontosan mik ezek a különbségek -- és ezek bizony elég apróak. Ezek olyan dolgok, ahol a gének be vannak kapcsolva egy egyedi sejttípusban. Itt van két gén, amit jó példának találtunk. Az egyiket úgy hívják: RELN -- ez a korai fejlődési utasításokban vesz részt. A DISC1 egy olyan gén, amely törölve van a skizofréniában. Ezek nem skizofrén egyedek, de bizonyos ingadozást mutatnak a populációban. Amit itt látnak, az egyes és négyes donorban, a másik kettővel ellentétben, hogy bekapcsolt gének vannak a sejtek egy nagyon specifikus alcsoportjában. Ez a sötétlila üledék a sejten belül mutatja, hogy egy gén ott be van kapcsolva. Azt, hogy vajon ez az egyed genetikai hátterének vagy a tapasztalatainak köszönhető-e, nem tudjuk. Az ilyesféle vizsgálatok sokkal nagyobb populációt igényelnek.

Egy utolsó megjegyzéssel távozom, az agy összetettségére vonatkozóan, és hogy milyen sokat kell még haladnunk. Azt hiszem, ezek a források hihetetlenül értékesek. Fogódzót adnak a kutatóknak azzal kapcsolatban, hogy merre menjenek. De eddig csak egy maroknyi egyedet néztünk meg. Biztos, hogy többet fogunk megnézni. Azzal zárom, hogy az eszközök ott vannak, és ez valóban egy felderítetlen, felfedezetlen kontinens. Ez az új határ, ha úgy tetszik. És azokat, akik rettenthetetlenek, de alázatossá teszi őket az agy összetettsége, várja a jövő.

Köszönöm.

(Taps)