Ален Џонс: Мапа на мозокот

Луѓето одамна биле фасцинирани од човечкиот мозок. Сме го претставувале на график, сме го опишувале, цртале, сме го мапирале. Исто како што мапите за физичкиот свет беа зависни од развојот на технологијата -- пример Google Maps, или GPS-от -- истото се случува и со мапирањето на мозокот преку трансформација.

Да го погледнеме мозокот. Повеќето луѓе, кога прв пат ќе видат свеж човечки мозок, велат, "Па и не личи баш на мозок". Вообичаено, навикнати сте да гледате мозок кој е сив. Овој надворешен слој, ова е васкулатурата, во човечкиот мозок. Ова се крвните садови. 20 проценти од кислородот што доаѓа од белите дробови, 20 проценти крв испумпана од срцето, служи само за овој орган. Мозокот е отприлика малку поголем од големината на две стиснати тупаници.

Научниците, некаде на крајот од 20-от век, открија дека можат да го следат крвниот тек со цел да извршат не-инвазивно мапирање на мозочната активност. На пример, можат да погледнат во задниот дел од мозокот, кој што се врти кон нас. Ова е церебелумот; тој ве држи исправени во моментов. Ми овозможува да стојам. Ги овозможува координираните движења. Од страната овде, ова е темпоралниот кортекс. Ова е областа одговорна за примарна обработка на звукот -- вие ги слушате моите зборови, а потоа ги праќате во повисоките центри за јазична обработка. Кон предниот дел од мозокот се одвива посложеното размислување, донесувањето на одлуки -- тој дел созрева последен во доцната возраст. Овде се одвива целиот процес за донесување одлуки. Место каде што во моментов одлучувате дека веројатно нема да нарачате стек за вечера.

Доколку подлабоко погледнете во мозокот, т.е. доколку погледнете напречно, ќе видите дека нема да забележите многу структурираност. Но, всушност има многу голема структурираност. Ова се клетките и мрежи со кои меѓусебно се поврзани. Некаде пред сто години, некои научници открија дамка за боење на клетките. Тоа е прикажано овде во светло плавото. Гледате области каде нормални клеточни тела се обоени. Гледате дека е многу нееднакво. Овде се наоѓа многу поголема структурираност. Надворешниот дел од мозокот се вика неокортекс. Тој е единица за континуирана обработка на податоци. Но, исто така може да видите други нешта под него. Во сите овие бели области поминуваат жиците. Веројатно имаат помалку клетки. Има околу 86 милијарди неврони во нашиот мозок. Можете да видите, дека се многу нееднакво распространети. А, начинот на распространетост придонесува за нивната функција. Се разбира, како што спомнав, сега можеме да ја мапираме функцијата на мозокот, и можеме да ги набљудуваме индивидуалните клетки.

Да погледнеме подлабоко. Да ги погледнеме невроните. Како што спомнав, има 86 милијарди неврони. Има и помали клетки, ќе видите. Овие се подржувачки клетки - astrocytes glia. Самите неврони добиваат инпут. Го складираат и го обработуваат. Секој неврон е поврзан преку синапси со најмногу 10.000 други неврони во мозокот. Секој неврон е воглавно уникатен. Уникатниот карактер на индивидуалните неврони и невроните како дел од мозокот се детерминирани од основните карактеристики на нивната биохемија. Ова се протеини. Тие го контролираат движењето на јоните низ каналот. Тие го контролираат начинот на поврзување помеѓу нервните клетки. Исто така ги контролираат во основа сите функции на нервниот систем.

Доколку зумираме во уште подлабоко ниво, сите овие протеини се енкодирани од страна на нашиот геном. Сите ние имаме 23 пара на хромозоми. Еден хромозом добиваме од мама, друг од тато. На овие хромозоми има отприлика 25,000 гени. Тие се енкодирани во ДНК (ДезоксиРибонуклеинскаКиселина). Природата на дадена клетка и нејзината биохемија зависи од тоа кои од овие 25,000 гени се активирани и на кое ниво се активирани.

Нашиот проект е да ги истражиме овие гени, и да разбереме кои од овие 25,000 гени се активирани. За да отпочнеме еден ваков проект, се разбира ни требаат мозоци. Така, ги испративме лаборантите во потрага. Баравме нормални човечки мозоци. Всушност започнуваме од медицинскиот вештак. Ова е место каде што ги носат мртвите. Баравме нормални човечки мозоци. Има многу критериуми според кои ги бираме мозоците. Сакаме да бидеме сигурни дека имаме нормални човечки мозоци со возраст од 20 до 60, дека смртта е природна и без повреда на мозокот, дека не постои психијатриска болест, ниту пак користење дрога -- спроведуваме токсиколошки тест. Многу сме внимателни какви мозоци бираме. Исто така бираме мозоци од кои со согласност, би можеле да земеме ткиво во рок од 24 часа по смртта. Се обидуваме да ја мериме РНК (РибоНуклеинскаКиселина)- преку која ги читаме нашите гени - а таа е многу нестабилна, и поради тоа мораме многу брзо да реагираме.

Да кажам нешто за собирањето на мозоци: поради начинот на селекција, и поради тоа што бараме согласност, всушност имаме многу повеќе машки отколку женски мозоци. Многу е поголема веројатноста дека машките ќе починат во несреќа. И многу поголема е веројатноста дека нивната сопруга ќе даде согласност отколку обратно.

(Смеа)

Најпрвин правиме снимање со магнетна резонанца. Ова е снимањето со магнетна резонанца. Тоа е стандардната процедура за добивање податоци. Значи правиме магнетна резонанца. Замислете дека ова е сателитска снимка на нашата мапа. Потоа правиме подетални снимки. Ова ни дава слика за поврзаноста на мозокот. И повторно, замислете дека ова се нашите меѓудржавни автопати. Мозокот се отстранува од черепот, и потоа се сече во парчиња од еден сантиметар. Кои потоа се замрзнуваат, и се испраќаат во Сиетл. Во Сиетл, ги земаме овие мозочни хемисфери - ги ставаме во нешто налик на сечач за месо. Сечилото врши сечење на делови од ткивото кое потоа се става на микроскопско стакло. Потоа вршиме негово обојување со една дамка, и го скенираме. Така го добиваме првото мапирање.

Овде експертите влегуваат во игра и ги прават основните анатомски обележувања. Замислете дека ова се државни граници, овие широки ознаки. Од ова, имаме можност да го фрагментираме мозокот во уште повеќе делови, кои можеме да ги ставиме во помал терморегулатор. Тоа го гледаме овде -- замрзнатото ткиво, кое што се сече. Ова е широко 20 микрони, како ширината на бебешка коса. Запаметете, замрзнато е. Овде гледате, застарена технологија каде што се користи четка. Земаме микроскопско стакло. И го прилепуваме врз ткивото. Ова потоа влегува во робот кој ќе изврши примена на една од дамките. Потоа нашите анатоми подлабоко ќе го разгледаат ова.

Повторно, ова е она што тие гледаат под микроскопот. Гледате збирови и конфигурации на мали и големи клетки во кластери низ различни локации. Од овде па натаму сè е рутина. Откриваат каде да ги направат обележувањата. Во основа, на крај се добива референтен атлас. Ова е подетална мапа.

Нашите научници го користат ова за да се вратат на друго парче од тоа ткиво и да направат т.н. ласерска микродисекција. Техничарот ги добива инструкциите. Означуваат место. Потоа ласерот врши сечење. Можете да ја видите плавата точка како сече. И ткивото отпаѓа. Овде на микроскопското стакло може да видите, како изгледа во реалност. Одоздола има контејнер во кој што се собира тоа ткиво. Го земаме тоа ткиво, ја прочистуваме РНК од него со користење на едноставна технологија, и потоа ставаме флуоресцентен маркер на него. Го земаме маркираниот материјал и го ставаме во т.н. микроред.

Ова можеби ви изгледа како еден куп точки, но секоја од овие поединечни точки е всушност уникатно парче од човечкиот геном кое што е забележано на стаклото. Ова содржи отприлика 60,000 елементи, значи вршиме повторени мерења на различните гени од 25-те илјади гени во човечкиот геном. Откако ќе земаме примерок и ќе го хибридизираме со микроредот, од тоа добиваме уникатен отпечаток, кој ни кажува кои гени се активирани во тој примерок.

Ова го повторуваме повеќе пати, за секој даден мозок. Земаме преку илјада примероци од секој мозок. Оваа област овде се вика хипокампус. Одговорна е за учењето и памтењето. И таа учествува со околу 70 примероци од тие илјада примероци. Секој примерок ни дава околу 50,000 единици на податоци кое што кога ќе го помножиме со илјада,

ќе добиеме 50 милиони единици на податоци за секој даден човечки мозок. Досега имаме обработено два човечки мозоци. Тоа го синтетизиравме во една целина, и сега ќе ви покажам како изгледа тоа. Во основа тоа се голем број податоци слободно достапни за секој научник во светот. Дури не мора да се логираат за да ја користат оваа алатка, да ги анализираат податоците и да откријат интересни работи. Еве ги деловите што ги составивме. Ќе ги препознаете овие работи врз основа на она што го видовте претходно. Еве ја магнетната резонанца. Ја дава рамката. Од десно е местото за оперирање кое ви овозможува да ротирате, да зумирате, ви овозможува да ги означите поединечните структури.

Но најважно, сега ја мапираме анатомската рамка, која ви овозможува да разберете каде се активирани гените. Црвените нивоа се места каде генот е активиран во голем степен. Зеленото се области каде што не е активиран. Секој ген ни дава отпечаток. Ги анализиравме сите 25,000 гени од геномот и сите тие податоци ни се достапни.

Што можат да научат научниците од овие податоци? Туку што почнуваме да ги разгледуваме податоците. Има некои едноставни работи за кои ќе сакате да слушнете. Два одлични примера се лековите, Прозак и Велбутрин. Ова се антидепресиви кои често се препишуваат. Како што знаете ние ги анализираме гените. Гените испраќаат наредби за правење на протеини. Протеините се цел на лековите. Лековите се врзуваат за протеините и ги активираат или деактивираат, итн. Ако сакате да го разберете влијанието на лековите, тогаш треба да разберете како влијаат на пожелен начин и исто, така на начин кој е непожелен. Во делот за нус-појави, итн., ќе сакате да видите каде се активирани тие гени. За прв пат, можеме да го направиме тоа. Можеме да го постигнеме тоа кај повеќе индивидуи што ги анализиравме.

Сега можеме да гледаме во мозокот. Можеме да го видиме уникатниот отпечаток. И добиваме потврда. Добиваме потврда дека, навистина генот е активиран -- за Прозак, во серотонинските структури, за кои се знаеше дека се засегнати -- но исто така добиваме поглед кон целината. Исто така можеме да видиме области кои што досега никој не ги забележуваше, и гледаме дека овие гени се активирани таму. Најинтересната нус-појава до сега. Друго што можете да правите, бидејќи ова е вежба за откривање на шеми, и бидејќи барате уникатен отпечаток, е дека всушност можете да го скенирате целиот геном и да ги најдете другите протеини кои покажуваат сличен отпечаток. На пример, доколку истражувате лекови, можете да разгледате што нуди геномот со цел подобро да го насочите лекот и со тоа да го подобрите.

Повеќето од вас се запознаени со геномските истражувања презентирани во вестите, каде велат, "Научниците неодамна го открија генот или гените што влијаат врз X." Ваков вид на истражувања научниците рутински објавуваат и тие се супер. Анализираат големи популации. Ги земаат во предвид целите геноми, и се обидуваат да ги најдат местата на активност кои се поврзани каузално со гените. Но, овие истражувања едноставно ви даваат листа на гени. Ви кажуваат што, но не ви кажуваат каде. За овие истражувачи е многу важно тоа што го создадовме овој извор. Сега можат да го користат и да почнат да дознаваат за мозочната активност. Можат да почнат да ги бараат заедничките обрасци -- на начин на кој не можеа порано.

Мислам дека особено оваа публика може да ја разбере важноста на индивидуалноста. Мислам дека секој човек, сите ние имаме различно генетско потекло, сите сме живееле различни животи. Но факт е дека нашите геноми се повеќе од 99 проценти слични. Ние сме слични на генетско ниво. Откривме дека дури и на мозочно биохемиско ниво, ние сме прилично слични. Ова покажува дека не е 99 проценти, туку отприлика 90 процентна соодветност на разумно статистичко ниво, значи сè во облакот е отприлика во корелација. Можеме да видиме некои точки кои се наоѓаат надвор од облакот. Тие гени се интересни, но и многу суптилни. Мислам дека важна поука што треба да ја однесете дома е дека и покрај тоа што ги славиме нашите разлики, ние сме прилично слични дури и на мозочно ниво.

Како изгледаат тие разлики? Ова е дел од истражувањето што го направивме со цел да видиме како поточно изгледаат тие разлики -- и тие се прилично мали. Ова се нешта каде што гените се активирани во индивидуална клетка. Ова се два гени за кои сметаме дека се добри примери. Едниот се вика RELN -- одговорен е за раните развојни знаци. DISC1 е ген кој недостасува во шизофренијата. Овие не се шизофрени индивидуи, но тие покажуваат одредена популациска варијација. Она што гледате овде кај првиот и четвртиот донор, кои што се исклучоци од другите двајца, е дека гените се активирани во многу специфичен збир на клетки. Овој темно лилјаков талог во клетката ни кажува дека таму е активиран ген. Дали е тоа поради индивидуалното генетско потекло или нивното искуство, не знаеме. Ваквиот вид на истражувања имаат потреба од поголеми популации.

Ќе завршам со последна забелешка за сложеноста на мозокот и за тоа уште колку имаме за работа. Мислам дека овие извори се неверојатно вредни. Тие им даваат патоказ на истражувачите каде да се движат. Но, досега испитавме многу мал број индивидуи. Со сигурност ќе испитаме повеќе. За крај ќе кажам дека алатките се овде, и ова е навистина неистражен и неоткриен континент. Ова е новата граница. Оние кои се бестрашни, но понизни пред сложеноста на мозокот, имаат иднина пред себе.

Благодарам.

(Аплауз)