1,029,851 views • 19:25

Żyjemy w ciekawych czasach, w erze genomiki. Genom to kompletny zapis DNA. U każdego człowieka jest trochę inny. Dlatego wyglądamy inaczej. Moje oczy są brązowe. Inni mogą mieć niebieskie czy szare. Ale to nie tylko kwestia wyglądu. W gazetach czytamy, że geny mogą powodować choroby a nawet kształtować osobowość czy być przyczyną chorób psychicznych. Geny wydają się mieć ogromny wpływ na nasze losy. Mimo to, uważam, że ja to więcej niż moje geny. Co myślicie? Czy wy też jesteście czymś więcej? Widzowie: Tak. Tak? Część z was zgadza się ze mną. Powinniśmy to obwieścić światu. Powiedzmy wszyscy razem: Ja to więcej niż moje geny. Wszyscy: Ja to więcej niż moje geny (Wiwaty) A więc ja - to kto? (Śmiech) Otóż mój konektom - to ja. Świetnie nam się współpracuje więc spróbujmy to też powiedzieć razem. (Śmiech) Wszyscy razem: Mój konektom to ja. Świetnie nam wyszło. Jesteście super: nie wiecie co to jest konektom, a jednak ze mną współpracujecie. To ja mogę już sobie iść.

Jak dotąd poznaliśmy tylko jeden konektom: tego malutkiego robaka. Jego układ nerwowy składa się z tylko 300 neuronów. W latach 70. i 80. zespół naukowców opisał wszystkie 7000 połączeń między-neuronalnych. W tym diagramie, każdy punkt to neuron a każda linia to połączenie. Widzicie teraz na własne oczy konektom nicienia C. elegans Nasze konektomy są bardziej złożone ponieważ nasz mózg zawiera 100 miliardów neuronów i 10 tys. razy tyle połączeń. Je też można przedstawić na diagramie ale nie dałoby się ich zmieścić na takim slajdzie. Konektom zawiera milion razy więcej połączeń niż jest liter w naszym genomie. To mnóstwo informacji.

Co mogą nam powiedzieć? Nie wiemy na pewno, ale mamy teorie. Od XIXw. neurobiolodzy zastanawiali się czy nasze wspomnienia, informacje, które kreują tożsamość czy może są one zapisane w połączeniach pomiędzy neuronami. Inne aspekty tej tożsamości osobowość czy intelekt może także są zapisane w tych połączeniach. Stąd wzięła się moja hipoteza, że mój konektom to ja. Nie skandowaliście jej, bo jest prawdziwa, ale po to by ją zapamiętać. Nie wiemy czy ta hipoteza jest trafna bo nie mieliśmy technologii wystarczająco zaawansowanej by ją przetestować. Odkrycie konektomu u robaka zajęło ponad 10 lat żmudnej pracy. Żeby odkryć konektom w mózgach jak nasze potrzebujemy wyrafinowanych technologii, które zautomatyzują i przyśpieszą ten proces. Opowiem wam o nich. Są one obecnie opracowywane w naszych laboratoriach.

Komórkę neuronową można rozpoznać po intrygującym kształcie. Ma długie, delikatne rozgałęzienia i jest nieco podobna do drzewa. Ale to tylko jedna komórka. Żeby odkryć wszystkie połączenia musimy widzieć jednocześnie wszystkie neurony. Przedstawiam więc Bobby'ego Kasthuri pracownika laboratorium Jeffa Lichtmana na Harvardzie. Bobby trzyma w ręku przekroje mózgu myszy. Przybliżamy teraz 100 tys. razy by uzyskać rozdzielczość, która pozwoli dostrzec wszystkie rozgałęzienia. Tylko że teraz trudno je rozpoznać bo musimy operować w trzech wymiarach.

Składając zdjęcia wielu fragmentów, jedno na drugim, otrzyma się obraz trójwymiarowy. rozgałęzienia nadal mogą być niewidoczne. Więc, zaczynając od góry kolorujemy przekrój jednego z nich na czerwono i robimy to samo z kolejnymi. i robimy to samo z kolejnymi. I tak dalej, zdjęcie po zdjęciu. I tak dalej, zdjęcie po zdjęciu. Kontynuując w ten sposób będziemy mogli zrekonstruować w trójwymiarze fragment rozgałęzienia naszego neuronu. Gdy pokolorujemy inny neuron na zielono widać, że styka się on z czerwonym w dwóch miejscach, które nazywamy synapsami.

Przyjrzyjmy się jednej z nich. Patrząc na wnętrze zielonego neuronu powinniście zobaczyć małe koliste kształty To pęcherzyki synaptyczne. Zawierają one neuroprzekaźnik. Więc gdy zielony neuron chcę wysłać sygnał do czerwonego neuronu wysyła swój neuroprzekaźnik. Połączenie synaptyczne między neuronami można porównać do połączenia telefonicznego między ludźmi.

Tak odkrywamy pojedyncze synapsy. Ale jak odkryć cały konektom? Używając trójwymiarowych obrazów jak gigantycznej, trójwymiarowej kolorowanki. Każdy neuron kolorujemy inną barwą i przeglądamy wszystkie obrazy, znajdujemy synapsy i zapisujemy kolory, które łączą. Kiedy zrobimy tak z wszystkimi naszymi zdjęciami to znajdziemy konektom.

Poznaliście podstawowe informacje o neuronach i synapsach. Jesteście gotowi by zająć się jednym z ważniejszych zagadnień neurobiologii: czym różnią się mózgi kobiet i mężczyzn? (Śmiech) czym różnią się mózgi kobiet i mężczyzn? (Śmiech) Według tego poradnika mózgi facetów są jak gofry: wszystko ma swoją przegródkę. U dziewczyn mózg jest jak spaghetti wszystko łączy się ze wszystkim innym. (Śmiech) Swoją drogą, śmiejecie się z książki, która zmieniła moje życie. (Śmiech) A tak na poważnie, w czym tkwi błąd? Sami już znacie odpowiedź. Płeć nie ma znaczenia wszystkie mózgi są jak spaghetti. Jak cieniutkie capellini z rozgałęzieniami. Tak jak jedna nitka makaronu łączy się z wieloma innymi na talerzu podobnie neurony dotykają innych przez rozgałęzienia. Każdy może łączyć się z wieloma innymi dzięki synapsom przy stykach komórek. dzięki synapsom przy stykach komórek. Możecie stracić z oczu fakt, że ta tkanka jest niezwykle mała.

Skontrastujmy ten sześcian z innymi wielkościami. Jego krawędzie mają 6 mikrometrów. A tak wygląda na tle całego neuronu: Tylko niewielka część rozgałęzień zawiera się w tym sześcianie. Neuron, jest o wiele mniejszy od mózgu. A mózg myszy jest o wiele mniejszy od mózgu ludzkiego. Kiedy pokazuję to znajomym, czasem mówią mi, "Sebastian, daj sobie spokój z neurobiologią, to bez sensu." Patrząc na mózg gołym okiem nie widzimy jak bardzo jest złożony. Ale kiedy patrzy się przez mikroskop odkrywa się jego złożoność.

Siedemnastowieczny filozof i matematyk, Blaise Pascal, pisał o tym, jak przeraża go nieskończoność, o uczuciu własnej znikomości w obliczu niezmierzonego kosmosu. Mnie jako naukowcowi nie wypada mówić o uczuciach. Studenci nie chcą o tym słuchać. (Śmiech) Ale pozwolicie mi? (Śmiech) (Brawa) Czuję zaciekawienie zdumienie i podziw ale czasem też rozpacz. Dlaczego badam organ o tak ogromnej złożoności, która może być nieskończona? To absurdalne zadanie. Jak możemy marzyć o zrozumieniu w całości?

Pozostaję jednak przy donkiszotowskiej nadziei, że być może, któregoś dnia dzięki potężnym mikroskopom będziemy w stanie zobaczyć każdy neuron, każdą synapsę zapisać ich obraz w bazie danych. Wtedy superkomputery przeanalizują je bez pomocy człowieka i uda im się opisać konektom. Mam nadzieję, że dożyję tego dnia. Znalezienie kompletnego konektomu człowieka to ważne wyzwanie dla technologii, którym zajmą się pokolenia naukowców. Obecnie, razem ze współpracownikami, obieramy mniejsze cele, jak znajdywanie częściowych konektomów w kawałeczkach mózgu myszy czy człowieka. To wystarczy, by poddać testom hipotezę, że mój konektom to ja. Chcę was przekonać, że jest to hipoteza godna rozważenia.

Kiedy człowiek rozwija się w dzieciństwie i dorośleje później, zmienia się powoli jego tożsamość. Podobnie, każdy konektom przechodzi zmiany w czasie. Jakiego rodzaju zmiany? Neurony, tak jak drzewa, mogą wypuszczać nowe gałęzie i tracić stare. Mogą powstać nowe synapsy a stare mogą być usunięte. Synapsy mogą zwiększać swą objętość ale mogą też się zmniejszać. Drugie zagadnienie to: Co powoduje te zmiany? Do pewnego stopnia są zaprogramowane genetycznie. Ale to nie cała prawda bo mamy też impulsy elektryczne biegnące po rozgałęzieniach neuronalnych oraz sygnały chemiczne przeskakujące z jednej gałęzi na drugą. Nazywamy to aktywnością neuronową. Mamy wiele dowodów na to, że w aktywności neuronowej zakodowane są myśli, uczucia, postrzeżenia nasze przeżycia wewnętrzne. Są dowody na to, że aktywność neuronowa może powodować zmiany w połączeniach. To znaczy, że możemy stwierdzić, że doznania i doświadczenia mogą zmienić nasz konektom. Dlatego każdy konektom jest inny nawet u bliźniaków jednojajowych. To tu styka się natura z kulturą. Myślenie samo w sobie, może powodować Myślenie samo w sobie, może powodowa zmiany w konektomie np. dzięki ważnej dla nas idei.

Co mamy na tym obrazku? Chłodny, orzeźwiający strumień? A co jeszcze? Nie zapominajmy o zagłębieniu w ziemi tzw. korycie strumienia. To ono nadaje kierunek wodzie. Zobaczcie w tym strumieniu metaforę Zobaczcie w tym strumieniu metaforę zależności między aktywnością neuronową i połączeniami między komórkami. Aktywność neuronowa nieustannie się zmienia. Jak woda w strumieniu: ciągle płynie. Połączenia w sieci neuronów w mózgu Połączenia w sieci neuronów w mózgu warunkują możliwe ścieżki dla aktywności neuronowej. Konektom jest jak koryto strumienia. Ale ta metafora jest głębsza: to prawda, że koryto strumienia kieruje przepływem wody ale z upływem czasu woda także zmienia ułożenie koryta. Tak jak aktywność neuronowa może zmieniać połączenia. Tak jak aktywność neuronowa może zmieniać połączenia. Pozwólcie mi wznieść się na wyżyny liryki. Przypominam, że aktywność nerwowa to fizjologiczna podstawa naszych myśli, uczuć i doznań. Możemy zatem mówić nawet o strumieniu świadomości. Gdzie aktywność neuronalna to woda a konektom to koryto.

Ale wróćmy teraz z wyżyn poetyckiej metafory do faktów nauk ścisłych. Załóżmy, że mamy już technikę znajdowania kompletnych konektomów. W jaki sposób sprawdzilibyśmy czy hipoteza "Mój konektom to ja" jest prawdziwa? Proponuję bezpośredni test: spróbujmy odczytać wspomnienia z konektomu. Umiejętność przypomnienia sobie długiej sekwencji ruchów jak u pianisty grającego sonaty Beethovena. Wg teorii mającej swój początek jeszcze w XIX w. pamięć tego typu jest przechowywana jako łańcuchy połączeń nerwowych w mózgu. Kiedy pierwszy neuron łańcucha jest aktywowany, wysyła sygnał, poprzez synapsy, do następnych neuronów i tak po kolei jak kostki domina. Ta sekwencja aktywacji kolejnych neuronów może być podstawą neurologiczną sekwencji ruchów pianisty.

Możemy przetestować tę teorię szukając takich łańcuchów w konektomach. Co nie będzie proste, bo łańcuchy nie będą wyglądać tak. Ich ogniwa będą porozrzucane po całym mózgu. Musimy więc wykorzystać komputery, żeby złożyć je w całość. Sekwencja neuronów, którą w ten sposób odkryjemy będzie przewidywanym wzorem aktywności neuronalnej podczas procesu przypominania. Jeśli się uda, będzie to pierwszy przypadek odczytania wspomnień z konektomu.

(Śmiech)

Niezły bałagan. Próbowaliście kiedyś podłączyć przewody w tak skomplikowanym systemie? Mam nadzieję, że nie. Łatwo tu o pomyłkę. Rozgałęzienia neuronów są jak kable w mózgu. Jaka jest łączna długość tego okablowania? Podpowiem, że to ogromna liczba. (Śmiech) Wg moich szacunków, miliony mil. Upakowane w naszych czaszkach. Doceniając ogrom tej długości z łatwością stwierdzicie, że łatwo można je poplątać. Media lubują się w krzykliwych nagłówkach typu: "Mózgi anorektyków mają inne połączenia" czy: "Autystyczne mózgi mają inne połączenia" To prawdopodobne stwierdzenia, ale obecnie nie jesteśmy w stanie zobaczyć tego okablowania na tyle dobrze by móc potwierdzić te hipotezy. Dzięki technologii pozwalającej zaobserwować konektomy odczytamy błędne okablowanie w mózgu: choroby psychiczne na poziomie konektomu.

Sprawdzając hipotezę dobrze jest rozważyć jej ekstremalne konsekwencje. Filozofowie lubią się w to bawić. Jeśli uważam, że mój konektom to ja muszę także przystać na to, że śmierć to nic innego jak zniszczenie mojego konektomu. Mamy dziś wielu proroków twierdzących, że z pomocą technologii będziemy mogli zmienić kondycję ludzką a może nawet przeobrazić nasz gatunek. Marzymy gorąco o tym, że uda nam się oszukać śmierć poprzez technikę zwaną krioniką. Za 100 tys. dolarów możemy zamrozić nasze ciało po śmierci w płynnym azocie na przechowanie w specjalnym magazynie w Arizonie oczekując na cywilizację przyszłości, której uda się nas ożywić.

Czy należy wyszydzać ten pomysł jako mrzonki głupców? Czy może to oni któregoś dnia zaśmieją się nad naszymi grobami? Nie wiem. Przetestujmy ich poglądy naukowo. Poszukajmy konektomu w zamrożonym mózgu. Wiemy, że mózg niszczeje po śmierci, w trakcie zamrażania. Ale czy wymrozi się cały konektom? Jeśli tak to nikt w przyszłości nie odzyska wspomnień z zamrożonych mózgów. Ciało być może zostanie ożywione, ale umysł nie. Jeśli konektom będzie nienaruszony, nie powinniśmy szydzić z krioniki.

Opisałem wam dziś program badawczy, który zaczyna się w świecie mikro ale prowadzi nas do świata przyszłości. Konektomy wyznaczą punkt zwrotny historii. Gdy ewoluowaliśmy z naszych przodków na afrykańskich sawannach wyróżniała nas wielkość naszych mózgów, które są wykorzystywane by odkrywać niesamowite technologie. Kiedyś, technologie te staną się tak potężne, że wykorzystamy je do poznania nas samych przez dekonstrukcję i rekonstrukcję naszych własnych mózgów. Ta podróż do samopoznania jest nie tylko dla naukowców, ale dla każdego z nas. Cieszę się, że mogłem się nim podzielić dziś z wami. Dziękuję.

Cieszę się, że mogłem się nim podzielić dziś z wami. Dziękuję.

(Brawa)