ABOUT THE SPEAKER
Ed Boyden - Neuroengineer
Ed Boyden is a professor of biological engineering and brain and cognitive sciences at the MIT Media Lab and the MIT McGovern Institute.

Why you should listen

Ed Boyden leads the Synthetic Neurobiology Group, which develops tools for analyzing and repairing complex biological systems such as the brain. His group applies these tools in a systematic way in order to reveal ground truth scientific understandings of biological systems, which in turn reveal radical new approaches for curing diseases and repairing disabilities. These technologies include expansion microscopy, which enables complex biological systems to be imaged with nanoscale precision, and optogenetic tools, which enable the activation and silencing of neural activity with light (TED Talk: A light switch for neurons). Boyden also co-directs the MIT Center for Neurobiological Engineering, which aims to develop new tools to accelerate neuroscience progress.

Amongst other recognitions, Boyden has received the Breakthrough Prize in Life Sciences (2016), the BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award (2015), the Carnegie Prize in Mind and Brain Sciences (2015), the Jacob Heskel Gabbay Award (2013), the Grete Lundbeck Brain Prize (2013) and the NIH Director's Pioneer Award (2013). He was also named to the World Economic Forum Young Scientist list (2013) and the Technology Review World's "Top 35 Innovators under Age 35" list (2006). His group has hosted hundreds of visitors to learn how to use new biotechnologies and spun out several companies to bring inventions out of his lab and into the world. Boyden received his Ph.D. in neurosciences from Stanford University as a Hertz Fellow, where he discovered that the molecular mechanisms used to store a memory are determined by the content to be learned. Before that, he received three degrees in electrical engineering, computer science and physics from MIT. He has contributed to over 300 peer-reviewed papers, current or pending patents and articles, and he has given over 300 invited talks on his group's work.

More profile about the speaker
Ed Boyden | Speaker | TED.com
TED2011

Ed Boyden: A light switch for neurons

Ed Boyden: een lichtschakelaar voor neuronen

Filmed:
1,098,379 views

Ed Boyden laat zien hoe, door het inbrengen van genen voor lichtgevoelige eiwitten in hersencellen, hij specifieke neuronen met glasvezel-implantaten selectief kan activeren of de-activeren. Met deze ongekende mate van controle, is hij erin geslaagd bij muizen analogen van PTSS (post-traumatische stressstoornis) en bepaalde vormen van blindheid te genezen. Aan de horizon: neurale prothesen. Gastheer Juan Enriquez leidt achteraf een korte vraag-en-antwoordsessie.
- Neuroengineer
Ed Boyden is a professor of biological engineering and brain and cognitive sciences at the MIT Media Lab and the MIT McGovern Institute. Full bio

Double-click the English transcript below to play the video.

00:15
Think about your day for a secondtweede.
0
0
2000
Denk eens even na over je dag.
00:17
You wokewakker up, feltvoelde freshvers airlucht on your facegezicht as you walkedwandelde out the doordeur-,
1
2000
3000
Je werd wakker en voelde de frisse lucht op je gezicht toen je de deur uitliep.
00:20
encounteredondervonden newnieuwe colleaguescollega's and had great discussionsdiscussies,
2
5000
2000
Je ontmoette nieuwe collega's, voerde interessante discussies
00:22
and feltvoelde in aweontzag when you foundgevonden something newnieuwe.
3
7000
2000
en voelde ontzag als je iets nieuws had gevonden.
00:24
But I betinzet there's something you didn't think about todayvandaag --
4
9000
2000
Maar ik wed dat er iets is waar je vandaag niet aan dacht -
00:26
something so closedichtbij to home
5
11000
2000
iets zo dicht bij huis
00:28
that you probablywaarschijnlijk don't think about it very oftenvaak at all.
6
13000
2000
dat je er waarschijnlijk helemaal niet vaak aan denkt.
00:30
And that's that all the sensationssensaties, feelingsgevoelens,
7
15000
2000
Dat is dat alle sensaties, gevoelens,
00:32
decisionsbeslissingen and actionsacties
8
17000
2000
beslissingen en acties verlopen
00:34
are mediatedgemedieerde by the computercomputer in your headhoofd
9
19000
2000
via die computer in je hoofd:
00:36
calledriep the brainhersenen.
10
21000
2000
de hersenen.
00:38
Now the brainhersenen maymei not look like much from the outsidebuiten --
11
23000
2000
Van buiten af bekeken hebben de hersenen hun uiterlijk niet mee -
00:40
a couplepaar poundspond of pinkish-grayroze-grijs fleshvlees,
12
25000
2000
een goede kilo vormeloos,
00:42
amorphousamorfe --
13
27000
2000
roze-grijs vlees.
00:44
but the last hundredhonderd yearsjaar of neuroscienceneurowetenschappen
14
29000
2000
De laatste honderd jaar van neurowetenschappelijke ontwikkeling
00:46
have allowedtoegestaan us to zoomzoom in on the brainhersenen,
15
31000
2000
hebben ons in staat gesteld om in te zoomen op de hersenen
00:48
and to see the intricacyingewikkeldheid of what liesleugens withinbinnen.
16
33000
2000
en de complexiteit ervan te zien.
00:50
And they'veze hebben told us that this brainhersenen
17
35000
2000
We weten nu dat de hersenen
00:52
is an incrediblyongelooflijk complicatedingewikkeld circuitcircuit
18
37000
2000
een ongelooflijk ingewikkeld netwerk zijn,
00:54
madegemaakt out of hundredshonderden of billionsmiljarden of cellscellen calledriep neuronsneuronen.
19
39000
4000
opgebouwd uit honderden miljarden cellen, neuronen genaamd.
00:58
Now unlikeanders a human-designedmens ontworpen- computercomputer,
20
43000
3000
In tegenstelling tot een door de mens ontworpen computer,
01:01
where there's a fairlytamelijk smallklein numberaantal of differentverschillend partsonderdelen --
21
46000
2000
waar er een vrij klein aantal verschillende onderdelen zijn -
01:03
we know how they work, because we humansmensen designedontworpen them --
22
48000
3000
waarvan we weten hoe ze werken, omdat mensen hen ontwierpen -
01:06
the brainhersenen is madegemaakt out of thousandsduizenden of differentverschillend kindssoorten of cellscellen,
23
51000
3000
bestaan de hersenen uit duizenden verschillende soorten cellen,
01:09
maybe tenstientallen of thousandsduizenden.
24
54000
2000
misschien wel tienduizenden.
01:11
They come in differentverschillend shapesvormen; they're madegemaakt out of differentverschillend moleculesmoleculen.
25
56000
2000
In allerlei verschillende vormen en opgebouwd uit verschillende moleculen.
01:13
And they projectproject and connectaansluiten to differentverschillend brainhersenen regionsRegio's,
26
58000
3000
Ze zijn gericht op en verbonden met de verschillende hersengebieden.
01:16
and they alsoook changeverandering differentverschillend waysmanieren in differentverschillend diseaseziekte statesstaten.
27
61000
3000
Hun werking verandert ook op verschillende manieren bij verschillende ziektebeelden.
01:19
Let's make it concretebeton.
28
64000
2000
Laten we het concreet maken.
01:21
There's a classklasse of cellscellen,
29
66000
2000
Er bestaat een klasse van cellen,
01:23
a fairlytamelijk smallklein cellcel, an inhibitoryremmende cellcel, that quietsquiets its neighborsburen.
30
68000
3000
vrij kleine cellen, inhiberende cellen, die hun buren stilleggen.
01:26
It's one of the cellscellen that seemslijkt to be atrophiedafgestorven in disordersaandoeningen like schizophreniaschizofrenie.
31
71000
4000
Het is één van de soort cellen die geatrofieerd lijken te zijn bij ziekten als schizofrenie.
01:30
It's calledriep the basketmand cellcel.
32
75000
2000
Ze heten korfcellen.
01:32
And this cellcel is one of the thousandsduizenden of kindssoorten of cellcel
33
77000
2000
Een korfcel is een van de duizenden soorten cellen
01:34
that we are learningaan het leren about.
34
79000
2000
die we bestuderen.
01:36
NewNieuw onesdegenen are beingwezen discoveredontdekt everydayelke dag.
35
81000
2000
Elke dag worden er nieuwe ontdekt.
01:38
As just a secondtweede examplevoorbeeld:
36
83000
2000
Een tweede voorbeeld:
01:40
these pyramidalpiramidale cellscellen, largegroot cellscellen,
37
85000
2000
deze piramidale cellen, grote cellen,
01:42
they can spanspan a significantsignificant fractionfractie of the brainhersenen.
38
87000
2000
kunnen een aanzienlijk deel van de hersenen omvatten.
01:44
They're excitatoryexcitatory.
39
89000
2000
Ze sturen prikkels uit.
01:46
And these are some of the cellscellen
40
91000
2000
Dit zijn enkele van de cellen
01:48
that mightmacht be overactiveoveractieve in disordersaandoeningen suchzodanig as epilepsyepilepsie.
41
93000
3000
die overactief kunnen zijn bij aandoeningen zoals epilepsie.
01:51
EveryElke one of these cellscellen
42
96000
2000
Elk van deze cellen
01:53
is an incredibleongelooflijk electricalelektrisch deviceapparaat.
43
98000
3000
is een ongelooflijk elektrisch apparaat.
01:56
They receivete ontvangen inputinvoer from thousandsduizenden of upstreamupstream partnerspartners
44
101000
2000
Zij ontvangen invoer van duizenden partners hogerop
01:58
and computeberekenen theirhun owneigen electricalelektrisch outputsuitgangen,
45
103000
3000
en berekenen hun eigen elektrische uitvoerdata,
02:01
whichwelke then, if they passslagen voor a certainzeker thresholddrempel,
46
106000
2000
die vervolgens, als ze een bepaalde drempelwaarde overschrijden,
02:03
will go to thousandsduizenden of downstreamstroomafwaarts partnerspartners.
47
108000
2000
naar duizenden lagere partners zullen gaan.
02:05
And this processwerkwijze, whichwelke takes just a millisecondmilliseconde or so,
48
110000
3000
Dit proces, dat slechts één milliseconde of zo in beslag neemt,
02:08
happensgebeurt thousandsduizenden of timestijden a minuteminuut
49
113000
2000
gebeurt duizenden keren per minuut
02:10
in everyelk one of your 100 billionmiljard cellscellen,
50
115000
2000
in elk van je 100 miljard cellen.
02:12
as long as you liveleven
51
117000
2000
Zo lang je leeft,
02:14
and think and feel.
52
119000
3000
denkt en voelt.
02:17
So how are we going to figurefiguur out what this circuitcircuit does?
53
122000
3000
Hoe gaan we nu erachter komen wat dit netwerk doet?
02:20
IdeallyIdeaal, we could go throughdoor the circuitcircuit
54
125000
2000
Idealiter zouden we het netwerk kunnen nagaan,
02:22
and turnbeurt these differentverschillend kindssoorten of cellcel on and off
55
127000
3000
verschillende soorten cellen in- en uitschakelen
02:25
and see whetherof we could figurefiguur out
56
130000
2000
en zien of we kunnen achterhalen
02:27
whichwelke onesdegenen contributebijdragen to certainzeker functionsfuncties
57
132000
2000
welke een bijdrage leveren aan bepaalde functies
02:29
and whichwelke onesdegenen go wrongfout in certainzeker pathologiespathologieën.
58
134000
2000
en welke in de fout gaan bij bepaalde pathologieën.
02:31
If we could activateactiveren cellscellen, we could see what powersbevoegdheden they can unleashontketenen,
59
136000
3000
Als we cellen zouden kunnen activeren, konden we zien welke effecten zij kunnen veroorzaken,
02:34
what they can initiatestarten and sustainvolhouden.
60
139000
2000
wat ze kunnen in gang zetten en in stand houden.
02:36
If we could turnbeurt them off,
61
141000
2000
Als we ze konden uitschakelen,
02:38
then we could try and figurefiguur out what they're necessarynoodzakelijk for.
62
143000
2000
dan konden we proberen uit te vissen wat hun functie is.
02:40
And that's a storyverhaal I'm going to tell you about todayvandaag.
63
145000
3000
Daarover ga ik het vandaag hebben.
02:43
And honestlyeerlijk, where we'vewij hebben goneweg throughdoor over the last 11 yearsjaar,
64
148000
3000
De afgelopen 11 jaar zijn we bezig geweest
02:46
throughdoor an attemptpoging to find waysmanieren
65
151000
2000
met het zoeken naar een manier om
02:48
of turningdraaien circuitscircuits and cellscellen and partsonderdelen and pathwayspaden of the brainhersenen
66
153000
2000
netwerken, cellen, routes en delen van de hersenen
02:50
on and off,
67
155000
2000
aan en uit te schakelen.
02:52
bothbeide to understandbegrijpen the sciencewetenschap
68
157000
2000
Dit zowel om de wetenschap ervan te begrijpen
02:54
and alsoook to confrontconfronteren some of the issueskwesties
69
159000
3000
als om enkele van de problemen, waarmee wij mensen
02:57
that facegezicht us all as humansmensen.
70
162000
3000
geconfronteerd worden, te lijf te gaan.
03:00
Now before I tell you about the technologytechnologie,
71
165000
3000
Voordat ik wat ga vertellen over de technologie,
03:03
the badslecht newsnieuws is that a significantsignificant fractionfractie of us in this roomkamer,
72
168000
3000
het slechte nieuws is dat een belangrijk deel van ons in deze zaal,
03:06
if we liveleven long enoughgenoeg,
73
171000
2000
als we lang genoeg leven,
03:08
will encounterstuiten op, perhapsmisschien, a brainhersenen disorderwanorde.
74
173000
2000
misschien zal te maken krijgen met een hersenaandoening.
03:10
AlreadyAl, a billionmiljard people
75
175000
2000
Al één miljard mensen
03:12
have had some kindsoort of brainhersenen disorderwanorde
76
177000
2000
hebben een hersenaandoening gehad,
03:14
that incapacitatesdaarvan them,
77
179000
2000
die hen ernstig beperkt.
03:16
and the numbersgetallen don't do it justicegerechtigheid thoughhoewel.
78
181000
2000
De cijfers alleen vertellen niet alles.
03:18
These disordersaandoeningen -- schizophreniaschizofrenie, Alzheimer'sZiekte van Alzheimer,
79
183000
2000
Deze aandoeningen - schizofrenie, Alzheimer,
03:20
depressiondepressie, addictionverslaving --
80
185000
2000
depressie, verslaving -
03:22
they not only stealstelen our time to liveleven, they changeverandering who we are.
81
187000
3000
verkorten niet alleen ons leven, ze veranderen wie we zijn.
03:25
They take our identityidentiteit and changeverandering our emotionsemoties
82
190000
2000
Ze beroven ons van onze identiteit en veranderen onze emoties -
03:27
and changeverandering who we are as people.
83
192000
3000
en veranderen wie we zijn als mensen.
03:30
Now in the 20thth centuryeeuw,
84
195000
3000
In de 20e eeuw was er enige hoop
03:33
there was some hopehoop that was generatedgegenereerd
85
198000
3000
door de ontwikkeling van geneesmiddelen
03:36
throughdoor the developmentontwikkeling of pharmaceuticalsfarmaceutische producten for treatingbehandelen brainhersenen disordersaandoeningen,
86
201000
3000
voor de behandeling van hersenaandoeningen.
03:39
and while manyveel drugsdrugs have been developedontwikkelde
87
204000
3000
Er werden veel medicijnen ontwikkeld
03:42
that can alleviateverlichten symptomssymptomen of brainhersenen disordersaandoeningen,
88
207000
2000
om de symptomen van hersenaandoeningen te verlichten.
03:44
practicallybijna nonegeen of them can be consideredbeschouwd to be curedgenezen.
89
209000
3000
Maar vrijwel geen enkele van die ziektes kon genezen worden.
03:47
And partdeel of that's because we're bathingBaden the brainhersenen in the chemicalchemisch.
90
212000
3000
Voor een deel doordat we de hersenen overspoelen met het medicijn.
03:50
This elaborateuitwerken circuitcircuit
91
215000
2000
Dit uitgebreide netwerk,
03:52
madegemaakt out of thousandsduizenden of differentverschillend kindssoorten of cellcel
92
217000
2000
bestaande uit duizenden verschillende soorten cellen,
03:54
is beingwezen bathedbadend in a substancestof.
93
219000
2000
wordt overspoeld met een stof.
03:56
That's alsoook why, perhapsmisschien, mostmeest of the drugsdrugs, and not all, on the marketmarkt
94
221000
2000
Dat is ook de reden waarom misschien het grootste deel
03:58
can presentaanwezig some kindsoort of seriousernstig sidekant effecteffect too.
95
223000
3000
van de geneesmiddelen op de markt ernstige bijwerkingen vertonen.
04:01
Now some people have gottengekregen some solacetroost
96
226000
3000
Sommige mensen vonden wat verlichting door
04:04
from electricalelektrisch stimulatorsstimulatoren that are implantedgeïmplanteerd in the brainhersenen.
97
229000
3000
elektrische stimulatoren, geïmplanteerd in hun hersenen.
04:07
And for Parkinson'sZiekte van Parkinson diseaseziekte,
98
232000
2000
Voor de ziekte van Parkinson en
04:09
CochlearCochleair implantsimplantaten,
99
234000
2000
cochleaire implantaten
04:11
these have indeedinderdaad been ablein staat
100
236000
2000
zijn ze inderdaad in staat geweest
04:13
to bringbrengen some kindsoort of remedyremedie
101
238000
2000
een remedie te vormen
04:15
to people with certainzeker kindssoorten of disorderwanorde.
102
240000
2000
voor mensen met bepaalde ziekten.
04:17
But electricityelektriciteit alsoook will go in all directionsroutebeschrijving --
103
242000
2000
Maar elektriciteit gaat in alle richtingen,
04:19
the pathpad of leastminst resistanceweerstand,
104
244000
2000
volgt de weg van de minste weerstand -
04:21
whichwelke is where that phraseuitdrukking, in partdeel, comeskomt from.
105
246000
2000
dat is waar die uitdrukking, voor een deel, vandaan komt.
04:23
And it alsoook will affectaantasten normalnormaal circuitscircuits as well as the abnormalabnormale onesdegenen that you want to fixrepareren.
106
248000
3000
Ze zal ook invloed hebben op de normale netwerken zowel als op de abnormale,
04:26
So again, we're sentverzonden back to the ideaidee
107
251000
2000
die je wil herstellen. We komen terug bij het idee
04:28
of ultra-preciseultra-nauwkeurige controlcontrole.
108
253000
2000
van ultra-nauwkeurige controle.
04:30
Could we dial-ininbellen informationinformatie preciselyprecies where we want it to go?
109
255000
3000
Zouden we informatie precies kunnen sturen naar waar we willen dat ze gaat?
04:34
So when I startedbegonnen in neuroscienceneurowetenschappen 11 yearsjaar agogeleden,
110
259000
4000
Toen ik 11 jaar geleden in de neurowetenschappen begon,
04:38
I had trainedgetraind as an electricalelektrisch engineeringenieur and a physicistnatuurkundige,
111
263000
3000
was ik opgeleid als elektrotechnisch ingenieur en natuurkundige.
04:41
and the first thing I thought about was,
112
266000
2000
Het eerste wat ik dacht was:
04:43
if these neuronsneuronen are electricalelektrisch devicesapparaten,
113
268000
2000
als deze neuronen elektrische apparaten zijn,
04:45
all we need to do is to find some way
114
270000
2000
is de opdracht een manier vinden
04:47
of drivinghet rijden those electricalelektrisch changesveranderingen at a distanceafstand.
115
272000
2000
om die elektrische veranderingen van op afstand te sturen.
04:49
If we could turnbeurt on the electricityelektriciteit in one cellcel,
116
274000
2000
Als we de elektriciteit in één bepaalde cel konden aanzetten,
04:51
but not its neighborsburen,
117
276000
2000
maar niet zijn buren, dan hadden we het gereedschap
04:53
that would give us the toolgereedschap we need to activateactiveren and shutgesloten down these differentverschillend cellscellen,
118
278000
3000
om deze verschillende cellen te activeren en uit te schakelen.
04:56
figurefiguur out what they do and how they contributebijdragen
119
281000
2000
Zo zouden we erachter kunnen komen wat ze doen en wat hun rol is
04:58
to the networksnetwerken in whichwelke they're embeddedingebed.
120
283000
2000
in de netwerken waar ze zijn ingebed.
05:00
And alsoook it would allowtoestaan us to have the ultra-preciseultra-nauwkeurige controlcontrole we need
121
285000
2000
Ook zou het ons in staat stellen om ultra-nauwkeurige controle
05:02
in orderbestellen to fixrepareren the circuitcircuit computationsberekeningen
122
287000
3000
uit te oefenen om foute netwerkberekeningen
05:05
that have goneweg awryscheef.
123
290000
2000
te herstellen.
05:07
Now how are we going to do that?
124
292000
2000
Hoe gaan we dat doen?
05:09
Well there are manyveel moleculesmoleculen that existbestaan in naturenatuur,
125
294000
2000
Er bestaan tal van moleculen in de natuur
05:11
whichwelke are ablein staat to convertconverteren lightlicht into electricityelektriciteit.
126
296000
3000
die in staat zijn om licht om te zetten in elektriciteit.
05:14
You can think of them as little proteinseiwitten
127
299000
2000
Je kan ze beschouwen als kleine eiwitmoleculen
05:16
that are like solarzonne- cellscellen.
128
301000
2000
die werken als zonnecellen.
05:18
If we can installinstalleren these moleculesmoleculen in neuronsneuronen somehowhoe dan ook,
129
303000
3000
Als we deze moleculen in neuronen kunnen inbouwen,
05:21
then these neuronsneuronen would becomeworden electricallyelektrisch drivableverrijdbaar with lightlicht.
130
306000
3000
dan worden deze neuronen elektrisch aanstuurbaar met licht.
05:24
And theirhun neighborsburen, whichwelke don't have the moleculemolecuul, would not.
131
309000
3000
Maar niet hun buren, die niet over het molecuul beschikken.
05:27
There's one other magicmagie tricktruc you need to make this all happengebeuren,
132
312000
2000
Er is nog een andere magische truc nodig om dit allemaal
05:29
and that's the abilityvermogen to get lightlicht into the brainhersenen.
133
314000
3000
te laten gebeuren: hoe krijg je licht in de hersenen?
05:32
And to do that -- the brainhersenen doesn't feel painpijn -- you can put --
134
317000
3000
Dat kan - hersenen voelen geen pijn - door
05:35
takingnemen advantagevoordeel of all the effortinspanning
135
320000
2000
gebruik te maken van alle uitvindingen
05:37
that's goneweg into the InternetInternet and communicationscommunicatie and so on --
136
322000
2000
gedaan voor het internet, communicatie enzovoort -
05:39
opticaloptische fibersvezels connectedaangesloten to laserslasers
137
324000
2000
zoals optische vezels verbonden met lasers.
05:41
that you can use to activateactiveren, in animaldier modelsmodellen for examplevoorbeeld,
138
326000
2000
Die kan je gebruiken om in diermodellen
05:43
in pre-clinicalpre-klinische studiesstudies,
139
328000
2000
in preklinische studies,
05:45
these neuronsneuronen and to see what they do.
140
330000
2000
deze neuronen te activeren om te zien wat ze doen.
05:47
So how do we do this?
141
332000
2000
Hoe doen we dit nu?
05:49
Around 2004,
142
334000
2000
Rond 2004, in samenwerking met
05:51
in collaborationsamenwerking with GerhardGerhard NagelNagel and KarlKarl DeisserothDeisseroth,
143
336000
2000
Gerhard Nagel en Karl Deisseroth,
05:53
this visionvisie camekwam to fruitionvervulling.
144
338000
2000
kwam deze visie tot bloei.
05:55
There's a certainzeker algaAlga that swimsstekken in the wildwild,
145
340000
3000
Er bestaan algen die naar het licht
05:58
and it needsbehoefte aan to navigatenavigeren towardsnaar lightlicht
146
343000
2000
moeten kunnen navigeren
06:00
in orderbestellen to photosynthesizephotosynthesize optimallyoptimaal.
147
345000
2000
voor een optimale fotosynthese.
06:02
And it sensesverstand lightlicht with a little eye-spoteye-spot,
148
347000
2000
Het licht wordt opgevangen met een klein oogvlekje,
06:04
whichwelke workswerken not unlikeanders how our eyeoog workswerken.
149
349000
3000
dat een beetje als ons eigen oog werkt.
06:07
In its membranemembraan, or its boundarygrens,
150
352000
2000
In het membraan aan de buitenkant
06:09
it containsbevat little proteinseiwitten
151
354000
3000
zitten kleine eiwitten
06:12
that indeedinderdaad can convertconverteren lightlicht into electricityelektriciteit.
152
357000
3000
die licht in elektriciteit kunnen omzetten.
06:15
So these moleculesmoleculen are calledriep channelrhodopsinschannelrhodopsins.
153
360000
3000
Deze moleculen worden kanaalrhodopsinen genoemd.
06:18
And eachelk of these proteinseiwitten actsacts just like that solarzonne- cellcel that I told you about.
154
363000
3000
Deze eiwitten werken een beetje als zonnecellen.
06:21
When blueblauw lightlicht hitstreffers it, it opensopent up a little holegat
155
366000
3000
Wanneer er blauw licht op valt, gaat er een klein gaatje open.
06:24
and allowstoestaat chargedopgeladen particlesdeeltjes to enterinvoeren the eye-spoteye-spot,
156
369000
2000
Dat laat geladen deeltjes binnen in de oogvlek.
06:26
and that allowstoestaat this eye-spoteye-spot to have an electricalelektrisch signalsignaal
157
371000
2000
Daardoor kan deze oogvlek een elektrisch signaal afgeven
06:28
just like a solarzonne- cellcel chargingopladen up a batteryaccu.
158
373000
3000
net zoals een zonnecel een batterij kan opladen.
06:31
So what we need to do is to take these moleculesmoleculen
159
376000
2000
Op de een of andere manier moeten we deze moleculen
06:33
and somehowhoe dan ook installinstalleren them in neuronsneuronen.
160
378000
2000
in neuronen weten te installeren.
06:35
And because it's a proteineiwit,
161
380000
2000
Omdat het een eiwit is,
06:37
it's encodedgecodeerd for in the DNADNA of this organismorganisme.
162
382000
3000
zit het in het DNA van dit organisme gecodeerd.
06:40
So all we'vewij hebben got to do is take that DNADNA,
163
385000
2000
Alles wat we moeten doen is dat DNA eruit halen,
06:42
put it into a genegen therapybehandeling vectorvector, like a virusvirus,
164
387000
3000
het inbouwen in een gentherapie-vector, zoals een virus,
06:45
and put it into neuronsneuronen.
165
390000
3000
en het overbrengen naar de neuronen.
06:48
So it turnedgedraaid out that this was a very productiveproduktief time in genegen therapybehandeling,
166
393000
3000
Het was een zeer productieve tijd in de gentherapie,
06:51
and lots of virusesvirussen were comingkomt eraan alonglangs.
167
396000
2000
er waren veel virussen beschikbaar.
06:53
So this turnedgedraaid out to be very simpleeenvoudig to do.
168
398000
2000
Het bleek heel eenvoudig om te doen.
06:55
And earlyvroeg in the morningochtend- one day in the summerzomer of 2004,
169
400000
3000
We probeerden het vroeg in de ochtend op een zomerdag in 2004
06:58
we gavegaf it a try, and it workedwerkte on the first try.
170
403000
2000
en het werkte bij de eerste poging.
07:00
You take this DNADNA and you put it into a neuronneuron.
171
405000
3000
Je neemt dit DNA en je plaatst het in een neuron.
07:03
The neuronneuron usestoepassingen its naturalnatuurlijk protein-makingeiwit-maken machinerymachinerie
172
408000
3000
Het neuron maakt gebruik van zijn natuurlijke eiwitproductiemachinerie
07:06
to fabricatefabriceren these little light-sensitivelichtgevoelige proteinseiwitten
173
411000
2000
om deze kleine lichtgevoelige eiwitten te fabriceren
07:08
and installinstalleren them all over the cellcel,
174
413000
2000
en ze over de hele cel te installeren,
07:10
like puttingzetten solarzonne- panelspanelen on a roofdak,
175
415000
2000
bijna als zonnepanelen op een dak.
07:12
and the nextvolgende thing you know,
176
417000
2000
Voor je het weet,
07:14
you have a neuronneuron whichwelke can be activatedgeactiveerd with lightlicht.
177
419000
2000
heb je een neuron dat kan worden geactiveerd met licht.
07:16
So this is very powerfulkrachtig.
178
421000
2000
Dit is een zeer krachtig hulpmiddel.
07:18
One of the trickstrucs you have to do
179
423000
2000
Je moet er wel achter zien te komen
07:20
is to figurefiguur out how to deliverleveren these genesgenen to the cellscellen that you want
180
425000
2000
hoe je deze genen aan de juiste cellen aflevert
07:22
and not all the other neighborsburen.
181
427000
2000
en niet aan alle andere buren.
07:24
And you can do that; you can tweakTweak the virusesvirussen
182
429000
2000
Dat kan. Je kan de virussen zo instellen
07:26
so they hitraken just some cellscellen and not othersanderen.
183
431000
2000
dat ze slechts op enkele cellen inwerken en op andere niet.
07:28
And there's other geneticgenetisch trickstrucs you can playspelen
184
433000
2000
Er zijn nog andere genetische trucs die je kan bovenhalen
07:30
in orderbestellen to get light-activatedlicht-geactiveerd cellscellen.
185
435000
3000
om door licht geactiveerde cellen te krijgen.
07:33
This fieldveld- has now come to be knownbekend as optogeneticsoptogenetics.
186
438000
4000
Dit onderzoeksveld is nu bekend komen te staan als optogenetica.
07:37
And just as one examplevoorbeeld of the kindsoort of thing you can do,
187
442000
2000
Een voorbeeld hiervan is:
07:39
you can take a complexcomplex networknetwerk,
188
444000
2000
een van deze virussen gebruiken
07:41
use one of these virusesvirussen to deliverleveren the genegen
189
446000
2000
om zijn gen alleen maar in één soort cel
07:43
just to one kindsoort of cellcel in this densedicht networknetwerk.
190
448000
3000
van zo'n dicht netwerk af te leveren.
07:46
And then when you shineschijnen lightlicht on the entiregeheel networknetwerk,
191
451000
2000
Als je dan licht op het gehele netwerk laat vallen,
07:48
just that cellcel typetype will be activatedgeactiveerd.
192
453000
2000
zal enkel dat celtype worden geactiveerd.
07:50
So for examplevoorbeeld, letslaten we sortsoort of consideroverwegen that basketmand cellcel I told you about earliervroeger --
193
455000
3000
Bijvoorbeeld zo'n korfcel waar ik het daarstraks over had -
07:53
the one that's atrophiedafgestorven in schizophreniaschizofrenie
194
458000
2000
die atrofieert bij schizofrenie -
07:55
and the one that is inhibitoryremmende.
195
460000
2000
en die een remmende functie heeft.
07:57
If we can deliverleveren that genegen to these cellscellen --
196
462000
2000
Als we dat gen kunnen leveren aan deze cellen -
07:59
and they're not going to be alteredgewijzigd by the expressionuitdrukking of the genegen, of courseCursus --
197
464000
3000
en hun functie niet zal gewijzigd worden door de expressie van het gen, natuurlijk -
08:02
and then flashflash blueblauw lightlicht over the entiregeheel brainhersenen networknetwerk,
198
467000
3000
en vervolgens blauw licht over het hele hersenennetwerk laten schijnen,
08:05
just these cellscellen are going to be drivenaangedreven.
199
470000
2000
dan zullen alleen deze cellen worden geactiveerd.
08:07
And when the lightlicht turnsbochten off, these cellscellen go back to normalnormaal,
200
472000
2000
Als het licht wordt uitgeschakeld, gaan deze cellen terug naar de rusttoestand.
08:09
so they don't seemlijken to be averseAvers againsttegen that.
201
474000
3000
Daar lijken ze niet afkerig van te zijn.
08:12
Not only can you use this to studystudie what these cellscellen do,
202
477000
2000
Je kan dit niet alleen gebruiken om te onderzoeken wat deze cellen doen of
08:14
what theirhun powermacht is in computinggegevensverwerking in the brainhersenen,
203
479000
2000
wat hun rekenvermogen is in de hersenen.
08:16
but you can alsoook use this to try to figurefiguur out --
204
481000
2000
Je zou dit ook kunnen gebruiken om erachter te komen
08:18
well maybe we could jazzjazz- up the activityactiviteit of these cellscellen,
205
483000
2000
of we misschien de activiteit van deze cellen kunnen opdrijven,
08:20
if indeedinderdaad they're atrophiedafgestorven.
206
485000
2000
als ze daadwerkelijk geatrofieerd zijn.
08:22
Now I want to tell you a couplepaar of shortkort storiesverhalen
207
487000
2000
Ik ga jullie een paar voorbeelden geven
08:24
about how we're usinggebruik makend van this,
208
489000
2000
over hoe we dit toepassen
08:26
bothbeide at the scientificwetenschappelijk, clinicalklinisch and pre-clinicalpre-klinische levelslevels.
209
491000
3000
zowel op de wetenschappelijke, klinische als preklinische niveaus.
08:29
One of the questionsvragen we'vewij hebben confrontedgeconfronteerd
210
494000
2000
Een van de vragen waarmee we te maken hebben is:
08:31
is, what are the signalssignalen in the brainhersenen that mediatebemiddelen the sensationgevoel of rewardbeloning?
211
496000
3000
wat zijn de signalen in de hersenen die het gevoel van beloning oproepen?
08:34
Because if you could find those,
212
499000
2000
Want als je die zou kunnen vinden, zouden dat een aantal
08:36
those would be some of the signalssignalen that could driverijden learningaan het leren.
213
501000
2000
van de signalen zijn die het leren konden aansturen.
08:38
The brainhersenen will do more of whateverwat dan ook got that rewardbeloning.
214
503000
2000
De hersenen zullen meer gaan doen van wat die beloning veroorzaakte.
08:40
And alsoook these are signalssignalen that go awryscheef in disordersaandoeningen suchzodanig as addictionverslaving.
215
505000
3000
Ook zijn dit de signalen die fout gaan bij stoornissen zoals verslaving.
08:43
So if we could figurefiguur out what cellscellen they are,
216
508000
2000
Als we konden achterhalen welke cellen dat zijn,
08:45
we could maybe find newnieuwe targetsdoelen
217
510000
2000
kunnen we misschien nieuwe targets vinden waarvoor
08:47
for whichwelke drugsdrugs could be designedontworpen or screenedgescreend againsttegen,
218
512000
2000
geneesmiddelen kunnen worden ontworpen of tegen afgeschermd worden.
08:49
or maybe placesplaatsen where electrodeselektroden could be put in
219
514000
2000
Misschien vinden we zo plaatsen waar elektroden kunnen worden ingebracht
08:51
for people who have very severeerge, ernstige disabilityhandicap.
220
516000
3000
bij mensen met een zeer ernstige invaliditeit.
08:54
So to do that, we camekwam up with a very simpleeenvoudig paradigmparadigma
221
519000
2000
Daarvoor vonden we een zeer eenvoudig paradigma
08:56
in collaborationsamenwerking with the FiorellaFiorella groupgroep,
222
521000
2000
in samenwerking met de Fiorella groep.
08:58
where one sidekant of this little boxdoos,
223
523000
2000
Als het dier naar de ene kant van dit kleine doosje gaat,
09:00
if the animaldier goesgaat there, the animaldier getskrijgt a pulsepols of lightlicht
224
525000
2000
krijgt het een lichtpuls om verschillende cellen
09:02
in orderbestellen to make differentverschillend cellscellen in the brainhersenen sensitivegevoelig to lightlicht.
225
527000
2000
in de hersenen gevoelig te maken voor licht.
09:04
So if these cellscellen can mediatebemiddelen rewardbeloning,
226
529000
2000
Als deze cellen een beloning kunnen bemiddelen,
09:06
the animaldier should go there more and more.
227
531000
2000
dan zal het dier daar meer en meer naartoe gaan.
09:08
And so that's what happensgebeurt.
228
533000
2000
Dat is wat er gebeurt.
09:10
This animal'sdier going to go to the right-handrechter hand sidekant and pokePoke his noseneus- there,
229
535000
2000
Dit dier gaat naar de rechterkant en steekt daar zijn neus in.
09:12
and he getskrijgt a flashflash of blueblauw lightlicht everyelk time he does that.
230
537000
2000
Telkens krijgt hij een flits van blauw licht.
09:14
And he'llhel do that hundredshonderden and hundredshonderden of timestijden.
231
539000
2000
Hij zal dat honderden keren herhalen.
09:16
These are the dopaminedopamine neuronsneuronen,
232
541000
2000
Dit zijn de dopamineneuronen,
09:18
whichwelke some of you maymei have heardgehoord about, in some of the pleasuregenoegen centerscenters in the brainhersenen.
233
543000
2000
jullie misschien bekend als de pleziercentra van de hersenen.
09:20
Now we'vewij hebben showngetoond that a briefkort activationactivering of these
234
545000
2000
We hebben aangetoond dat een korte activering ervan
09:22
is enoughgenoeg, indeedinderdaad, to driverijden learningaan het leren.
235
547000
2000
genoeg is om het leren te bevorderen.
09:24
Now we can generalizegeneraliseren the ideaidee.
236
549000
2000
We kunnen het idee veralgemenen.
09:26
InsteadIn plaats daarvan of one pointpunt in the brainhersenen,
237
551000
2000
In plaats van op één punt in de hersenen te werken,
09:28
we can deviseDevise devicesapparaten that spanspan the brainhersenen,
238
553000
2000
kunnen we apparaten bedenken die het ganse brein omvatten,
09:30
that can deliverleveren lightlicht into three-dimensionaldriedimensionaal patternspatronen --
239
555000
2000
die licht kunnen leveren in driedimensionale patronen -
09:32
arraysmatrices of opticaloptische fibersvezels,
240
557000
2000
rijen optische vezels,
09:34
eachelk coupledcombinatie to its owneigen independentonafhankelijk miniatureminiatuur lightlicht sourcebron.
241
559000
2000
elk gekoppeld aan zijn eigen onafhankelijke miniatuurlichtbron.
09:36
And then we can try to do things in vivovivo
242
561000
2000
We kunnen proberen om dingen in vivo te doen
09:38
that have only been donegedaan to-datetot op heden in a dishschotel --
243
563000
3000
die tot op vandaag alleen in een schaaltje gedaan werden -
09:41
like high-throughputhoge-doorvoer screeningdoorlichting throughoutoveral the entiregeheel brainhersenen
244
566000
2000
zoals 'high-throughput screening' in het hele brein voor de signalen
09:43
for the signalssignalen that can causeoorzaak certainzeker things to happengebeuren.
245
568000
2000
die aanleiding kunnen geven tot bepaalde gebeurtenissen.
09:45
Or that could be good clinicalklinisch targetsdoelen
246
570000
2000
Of ze zouden goede klinische targets kunnen worden
09:47
for treatingbehandelen brainhersenen disordersaandoeningen.
247
572000
2000
voor de behandeling van hersenaandoeningen.
09:49
And one storyverhaal I want to tell you about
248
574000
2000
Een ander voorbeeld gaat over hoe we targets kunnen vinden
09:51
is how can we find targetsdoelen for treatingbehandelen post-traumaticpost-traumatische stressspanning disorderwanorde --
249
576000
3000
voor de behandeling van posttraumatische stressstoornis -
09:54
a formformulier of uncontrolledongecontroleerde anxietyangst and fearangst.
250
579000
3000
een vorm van ongecontroleerde angst en vrees.
09:57
And one of the things that we did
251
582000
2000
We gingen uit van
09:59
was to adoptadopteren a very classicalklassieke modelmodel- of fearangst.
252
584000
3000
een zeer klassiek model van angst.
10:02
This goesgaat back to the PavlovianPavlov daysdagen.
253
587000
3000
Dit gaat terug tot de tijd van Pavlov.
10:05
It's calledriep PavlovianPavlov fearangst conditioningconditioning --
254
590000
2000
Het heet Pavlov vreesconditionering -
10:07
where a tonetoon endsloopt af with a briefkort shockschok.
255
592000
2000
hier eindigt een toon met een korte schok.
10:09
The shockschok isn't painfulpijnlijk, but it's a little annoyingvervelend.
256
594000
2000
De schok is niet echt pijnlijk maar wel wat vervelend.
10:11
And over time -- in this casegeval, a mousemuis,
257
596000
2000
Geleidelijk aan - in dit geval, een muis,
10:13
whichwelke is a good animaldier modelmodel-, commonlyalgemeen used in suchzodanig experimentsexperimenten --
258
598000
2000
een goed diermodel, vaak gebruikt in dergelijke experimenten -
10:15
the animaldier learnsleert to fearangst the tonetoon.
259
600000
2000
leert het dier de toon te vrezen.
10:17
The animaldier will reactReageer by freezingbevriezing,
260
602000
2000
Het dier zal reageren door te verstijven,
10:19
sortsoort of like a deerherten in the headlightskoplampen.
261
604000
2000
zoals een hert voor de koplampen van een auto.
10:21
Now the questionvraag is, what targetsdoelen in the brainhersenen can we find
262
606000
3000
Welke targets vinden we nu in de hersenen
10:24
that allowtoestaan us to overcomeoverwinnen this fearangst?
263
609000
2000
om deze angst te overwinnen?
10:26
So what we do is we playspelen that tonetoon again
264
611000
2000
We spelen de toon opnieuw af
10:28
after it's been associatedgeassocieerd with fearangst.
265
613000
2000
nadat hij in verband is gebracht met angst.
10:30
But we activateactiveren targetsdoelen in the brainhersenen, differentverschillend onesdegenen,
266
615000
2000
We activeren verschillende targets in de hersenen
10:32
usinggebruik makend van that opticaloptische fibervezel arrayrangschikking I told you about in the previousvoorgaand slideglijbaan,
267
617000
3000
met behulp van die glasvezelrijen waarover ik het in de vorige dia had.
10:35
in orderbestellen to try and figurefiguur out whichwelke targetsdoelen
268
620000
2000
We proberen zo uit te zoeken welke targets
10:37
can causeoorzaak the brainhersenen to overcomeoverwinnen that memorygeheugen of fearangst.
269
622000
3000
de hersenen die herinnering van angst kunnen doen overwinnen.
10:40
And so this briefkort videovideo-
270
625000
2000
Deze korte video toont jullie een
10:42
showsshows you one of these targetsdoelen that we're workingwerkend on now.
271
627000
2000
van deze targets waar we nu aan werken. Het is een gebied in
10:44
This is an areaGebied in the prefrontalprefrontale cortexschors,
272
629000
2000
de prefrontale cortex, een gebied waar we cognitie
10:46
a regionregio where we can use cognitionkennis to try to overcomeoverwinnen aversiveaversieve emotionalemotioneel statesstaten.
273
631000
3000
kunnen gebruiken om aversieve emotionele toestanden te overwinnen.
10:49
And the animal'sdier going to hearhoren a tonetoon -- and a flashflash of lightlicht occurredheeft plaatsgevonden there.
274
634000
2000
Het dier hoort een toon - en dan komt er een lichtflits.
10:51
There's no audioaudio on this, but you can see the animal'sdier freezingbevriezing.
275
636000
2000
Er is geen geluid bij deze video maar je ziet het dier verstijven.
10:53
This tonetoon used to mean badslecht newsnieuws.
276
638000
2000
Deze toon betekende slecht nieuws.
10:55
And there's a little clockklok in the lowerlager left-handlinkerhand cornerhoek,
277
640000
2000
In de linkerbenedenhoek is er een klokje te zien,
10:57
so you can see the animaldier is about two minutesnotulen into this.
278
642000
3000
zodat je kunt zien dat het dier daar ongeveer twee minuten in blijft.
11:00
And now this nextvolgende clipklem
279
645000
2000
Deze volgende clip
11:02
is just eightacht minutesnotulen laterlater.
280
647000
2000
is slechts acht minuten later.
11:04
And the samedezelfde tonetoon is going to playspelen, and the lightlicht is going to flashflash again.
281
649000
3000
Dezelfde toon is te horen en het licht gaat weer flitsen.
11:07
Okay, there it goesgaat. Right now.
282
652000
3000
Oke, daar komt het. Nu.
11:10
And now you can see, just 10 minutesnotulen into the experimentexperiment,
283
655000
3000
Nu kan je zien dat na een experiment van slechts 10 minuten,
11:13
that we'vewij hebben equippeduitgerust the brainhersenen by photoactivatingphotoactivating this areaGebied
284
658000
3000
we erin geslaagd zijn het brein de uiting
11:16
to overcomeoverwinnen the expressionuitdrukking
285
661000
2000
van deze angstherinnering te laten overwinnen,
11:18
of this fearangst memorygeheugen.
286
663000
2000
door dit gebied te fotoactiveren.
11:20
Now over the last couplepaar of yearsjaar, we'vewij hebben goneweg back to the treeboom of life
287
665000
3000
De afgelopen jaren lag onze focus op de boom des levens,
11:23
because we wanted to find waysmanieren to turnbeurt circuitscircuits in the brainhersenen off.
288
668000
3000
omdat we zochten naar manieren om netwerken in de hersenen uit te schakelen.
11:26
If we could do that, this could be extremelyuiterst powerfulkrachtig.
289
671000
3000
Als we dat konden doen, zou dit een zeer krachtige methode zijn.
11:29
If you can deleteverwijderen cellscellen just for a fewweinig millisecondsmilliseconden or secondsseconden,
290
674000
3000
Als je cellen een paar milliseconden of seconden kunt uitschakelen,
11:32
you can figurefiguur out what necessarynoodzakelijk rolerol they playspelen
291
677000
2000
kun je uitzoeken welke noodzakelijke rol ze spelen
11:34
in the circuitscircuits in whichwelke they're embeddedingebed.
292
679000
2000
in de netwerken waarin ze zijn opgenomen.
11:36
And we'vewij hebben now surveyedondervraagde organismsorganismen from all over the treeboom of life --
293
681000
2000
We hebben nu organismen uit alle delen van de boom des levens onderzocht -
11:38
everyelk kingdomkoninkrijk of life exceptbehalve for animalsdieren, we see slightlylicht differentlyanders.
294
683000
3000
Ieder koninkrijk van het leven, behalve voor dieren, toont iets anders.
11:41
And we foundgevonden all sortssoorten of moleculesmoleculen, they're calledriep halorhodopsinshalorhodopsins or archaerhodopsinsarchaerhodopsins,
295
686000
3000
We vonden allerlei moleculen zoals halorhodopsinen of archaerhodopsinen
11:44
that respondreageren to greengroen and yellowgeel lightlicht.
296
689000
2000
die reageren op groen en geel licht.
11:46
And they do the oppositetegenover thing of the moleculemolecuul I told you about before
297
691000
2000
Ze doen net het tegenovergestelde dan het molecuul waar ik eerder over vertelde
11:48
with the blueblauw lightlicht activatorActivator channelrhodopsinchannelrhodopsin.
298
693000
3000
met de blauw-lichtactivator kanaalrhodopsine.
11:52
Let's give an examplevoorbeeld of where we think this is going to go.
299
697000
3000
Ik geef een voorbeeld van waar we denken dat dit naartoe gaat.
11:55
ConsiderOverwegen, for examplevoorbeeld, a conditionstaat like epilepsyepilepsie,
300
700000
3000
Denk bijvoorbeeld aan een aandoening zoals epilepsie,
11:58
where the brainhersenen is overactiveoveractieve.
301
703000
2000
waar de hersenen overactief zijn.
12:00
Now if drugsdrugs failmislukken in epilepticepileptisch treatmentbehandeling,
302
705000
2000
Als medicijnen niet werken bij epileptische behandeling, bestaat
12:02
one of the strategiesstrategieën is to removeverwijderen partdeel of the brainhersenen.
303
707000
2000
een van de strategieën erin een deel van de hersenen te verwijderen.
12:04
But that's obviouslyduidelijk irreversibleonomkeerbare, and there could be sidekant effectsbijwerkingen.
304
709000
2000
Dat is natuurlijk onomkeerbaar en er kunnen bijwerkingen optreden.
12:06
What if we could just turnbeurt off that brainhersenen for a briefkort amountbedrag of time,
305
711000
3000
Wat als we de hersenen alleen maar voor een korte tijd konden uitschakelen
12:09
untiltot the seizurebeslaglegging diesoverlijdt away,
306
714000
3000
totdat de aanval zou uitsterven?
12:12
and causeoorzaak the brainhersenen to be restoredhersteld to its initialeerste statestaat --
307
717000
3000
Dan konden de hersenen misschien in hun oorspronkelijke staat worden hersteld -
12:15
sortsoort of like a dynamicaldynamische systemsysteem that's beingwezen coaxedovergehaald down into a stablestal statestaat.
308
720000
3000
net zoals een dynamisch systeem dat teruggebracht wordt tot een stabiele toestand.
12:18
So this animationanimatie just triesprobeert to explainuitleg geven this conceptconcept
309
723000
3000
Deze animatie probeert dit concept uit te leggen.
12:21
where we madegemaakt these cellscellen sensitivegevoelig to beingwezen turnedgedraaid off with lightlicht,
310
726000
2000
We hebben deze cellen gevoelig gemaakt om uitgeschakeld te worden met licht.
12:23
and we beamBeam lightlicht in,
311
728000
2000
We bestralen met licht
12:25
and just for the time it takes to shutgesloten down a seizurebeslaglegging,
312
730000
2000
en hopen, zolang de aanval duurt,
12:27
we're hopinghoop to be ablein staat to turnbeurt it off.
313
732000
2000
de cellen uit te kunnen schakelen.
12:29
And so we don't have datagegevens to showtonen you on this frontvoorkant,
314
734000
2000
We hebben hierover nog geen gegevens
12:31
but we're very excitedopgewonden about this.
315
736000
2000
maar we zijn erg enthousiast.
12:33
Now I want to closedichtbij on one storyverhaal,
316
738000
2000
Ik wil afsluiten met nog een voorbeeld,
12:35
whichwelke we think is anothereen ander possibilitymogelijkheid --
317
740000
2000
waarvan wij denken dat het nog een andere mogelijkheid is.
12:37
whichwelke is that maybe these moleculesmoleculen, if you can do ultra-preciseultra-nauwkeurige controlcontrole,
318
742000
2000
Misschien kunnen deze moleculen, als je ze ultra-nauwkeurig kunt controleren,
12:39
can be used in the brainhersenen itselfzelf
319
744000
2000
gebruikt worden in de hersenen zelf
12:41
to make a newnieuwe kindsoort of prostheticprothetische, an opticaloptische prostheticprothetische.
320
746000
3000
om een nieuw soort prothese, een optische prothese, te maken.
12:44
I alreadynu al told you that electricalelektrisch stimulatorsstimulatoren are not uncommonongewoon.
321
749000
3000
Ik heb je al verteld dat elektrische stimulatoren niet ongewoon zijn.
12:47
Seventy-fiveVijfenzeventig thousandduizend people have Parkinson'sZiekte van Parkinson deep-brainDeep-hersenen stimulatorsstimulatoren implantedgeïmplanteerd.
322
752000
3000
Bij 75.000 mensen werd een Parkinson-deep-brainstimulator geïmplanteerd.
12:50
Maybe 100,000 people have CochlearCochleair implantsimplantaten,
323
755000
2000
Misschien 100.000 mensen hebben al cochleaire implantaten
12:52
whichwelke allowtoestaan them to hearhoren.
324
757000
2000
die hen in staat stellen om te horen.
12:54
There's anothereen ander thing, whichwelke is you've got to get these genesgenen into cellscellen.
325
759000
3000
Nog een probleem is dat je deze genen in de cellen moet krijgen.
12:57
And newnieuwe hopehoop in genegen therapybehandeling has been developedontwikkelde
326
762000
3000
Er is nieuwe hoop op gentherapie
13:00
because virusesvirussen like the adeno-associatedadeno-geassocieerde virusvirus,
327
765000
2000
omdat virussen zoals het adeno-geassocieerd virus,
13:02
whichwelke probablywaarschijnlijk mostmeest of us around this roomkamer have,
328
767000
2000
waarvan de meesten van ons waarschijnlijk drager zijn,
13:04
and it doesn't have any symptomssymptomen,
329
769000
2000
en dat geen symptomen geeft,
13:06
whichwelke have been used in hundredshonderden of patientspatiënten
330
771000
2000
bij honderden patiënten is aangewend
13:08
to deliverleveren genesgenen into the brainhersenen or the bodylichaam.
331
773000
2000
om genen in de hersenen of het lichaam af te leveren.
13:10
And so farver, there have not been seriousernstig adversenegatieve eventsevents
332
775000
2000
Tot nu toe zijn er geen ernstige bijwerkingen
13:12
associatedgeassocieerd with the virusvirus.
333
777000
2000
geassocieerd met dit virus.
13:14
There's one last elephantolifant in the roomkamer, the proteinseiwitten themselveszich,
334
779000
3000
Er is nog een laatste olifant in de kamer, de eiwitten zelf,
13:17
whichwelke come from algaezeewier and bacteriabacterie and fungifungus,
335
782000
2000
die afkomstig zijn van algen, bacteriën, schimmels
13:19
and all over the treeboom of life.
336
784000
2000
en uit de rest van de boom des levens.
13:21
MostDe meeste of us don't have fungifungus or algaezeewier in our brainshersenen,
337
786000
2000
Wij hebben geen schimmels of algen in onze hersenen.
13:23
so what is our brainhersenen going to do if we put that in?
338
788000
2000
Wat gaan onze hersenen doen als we die erin brengen?
13:25
Are the cellscellen going to toleratetolereren it? Will the immuneimmuun systemsysteem reactReageer?
339
790000
2000
Gaan de cellen het verdragen? Zal het immuunsysteem reageren?
13:27
In its earlyvroeg daysdagen -- these have not been donegedaan on humansmensen yetnog --
340
792000
2000
We zijn nog maar in het beginstadium, dit is nog niet op mensen uitgetest.
13:29
but we're workingwerkend on a varietyverscheidenheid of studiesstudies
341
794000
2000
We werken aan een groot aantal studies
13:31
to try and examineonderzoeken this,
342
796000
2000
om dit uit te proberen en te onderzoeken.
13:33
and so farver we haven'thebben niet seengezien overtopenlijk reactionsreacties of any severityErnst
343
798000
3000
Tot nu toe hebben we nog geen duidelijke reacties van enige ernst
13:36
to these moleculesmoleculen
344
801000
2000
op deze moleculen gezien
13:38
or to the illuminationverlichting of the brainhersenen with lightlicht.
345
803000
3000
of van de bestraling van de hersenen met licht.
13:41
So it's earlyvroeg daysdagen, to be upfrontupfront, but we're excitedopgewonden about it.
346
806000
3000
Het is nog te vroeg om besluiten te trekken, maar we zijn er erg enthousiast over.
13:44
I wanted to closedichtbij with one storyverhaal,
347
809000
2000
Ik wilde afsluiten met een verhaal
13:46
whichwelke we think could potentiallymogelijk
348
811000
2000
waarvan wij denken dat het zou kunnen
13:48
be a clinicalklinisch applicationtoepassing.
349
813000
2000
leiden tot een klinische toepassing.
13:50
Now there are manyveel formsvormen of blindnessblindheid
350
815000
2000
Er zijn vele vormen van blindheid
13:52
where the photoreceptorsfotoreceptoren,
351
817000
2000
waarbij de fotoreceptoren,
13:54
our lightlicht sensorssensors that are in the back of our eyeoog, are goneweg.
352
819000
3000
onze lichtsensoren aan de achterkant van ons oog, zijn verdwenen.
13:57
And the retinanetvlies, of courseCursus, is a complexcomplex structurestructuur.
353
822000
2000
Het netvlies is uiteraard een complexe structuur.
13:59
Now let's zoomzoom in on it here, so we can see it in more detaildetail-.
354
824000
2000
Laten we nu hier op inzoomen, zodat we het meer in detail kunnen zien.
14:01
The photoreceptorfotoreceptor cellscellen are showngetoond here at the toptop,
355
826000
3000
De fotoreceptorcellen zitten bovenaan.
14:04
and then the signalssignalen that are detectedgedetecteerd by the photoreceptorsfotoreceptoren
356
829000
2000
Vervolgens worden de signalen gedetecteerd door de fotoreceptoren
14:06
are transformedgetransformeerd by variousdivers computationsberekeningen
357
831000
2000
en getransformeerd via verschillende berekeningen.
14:08
untiltot finallyTenslotte that layerlaag of cellscellen at the bottombodem, the ganglionganglion cellscellen,
358
833000
3000
Uiteindelijk gaat de laag cellen aan de onderkant, de ganglioncellen,
14:11
relayestafette the informationinformatie to the brainhersenen,
359
836000
2000
de informatie naar de hersenen doorgeven.
14:13
where we see that as perceptionperceptie.
360
838000
2000
Daar komt de waarneming tot stand.
14:15
In manyveel formsvormen of blindnessblindheid, like retinitisRetinitis pigmentosapigmentosa,
361
840000
3000
In veel vormen van blindheid, zoals retinitis pigmentosa,
14:18
or macularmacula degenerationdegeneratie,
362
843000
2000
of maculadegeneratie,
14:20
the photoreceptorfotoreceptor cellscellen have atrophiedafgestorven or been destroyedvernietigd.
363
845000
3000
zijn de fotoreceptorcellen geatrofieerd of vernietigd.
14:23
Now how could you repairreparatie this?
364
848000
2000
Hoe kan je dit repareren?
14:25
It's not even clearduidelijk that a drugdrug could causeoorzaak this to be restoredhersteld,
365
850000
3000
Het is zelfs niet eens duidelijk of een geneesmiddel dit zou kunnen herstellen,
14:28
because there's nothing for the drugdrug to bindbinden to.
366
853000
2000
omdat er niets is waar het medicijn zich aan kan binden.
14:30
On the other handhand-, lightlicht can still get into the eyeoog.
367
855000
2000
Aan de andere kant kan het licht nog steeds in het oog binnendringen.
14:32
The eyeoog is still transparenttransparant and you can get lightlicht in.
368
857000
3000
Het oog is nog steeds transparant en licht kan erin.
14:35
So what if we could just take these channelrhodopsinschannelrhodopsins and other moleculesmoleculen
369
860000
3000
Wat zou er gebeuren als we deze kanaalrhodopsinen en andere moleculen
14:38
and installinstalleren them on some of these other spareReserve cellscellen
370
863000
2000
zouden installeren op een aantal van deze andere reservecellen
14:40
and convertconverteren them into little camerascamera's.
371
865000
2000
en er kleine camera's van maken?
14:42
And because there's so manyveel of these cellscellen in the eyeoog,
372
867000
2000
Omdat er zich zo veel van deze cellen in het oog bevinden,
14:44
potentiallymogelijk, they could be very high-resolutionhoge resolutie camerascamera's.
373
869000
3000
kunnen het potentieel zeer hoge resolutie camera's worden.
14:47
So this is some work that we're doing.
374
872000
2000
Daar zijn we ook mee bezig.
14:49
It's beingwezen led by one of our collaboratorsmedewerkers,
375
874000
2000
Het onderzoek wordt geleid door een van onze medewerkers,
14:51
AlanAlan HorsagerHorsager at USCUSC,
376
876000
2000
Alan Horsager van USC.
14:53
and beingwezen soughtgezocht to be commercializedgecommercialiseerd by a start-upStart-up companybedrijf EosEOS NeuroscienceNeurowetenschappen,
377
878000
3000
Een beginnende onderneming, Eos Neuroscience, gefinancierd door de NIH,
14:56
whichwelke is fundedgefinancierde by the NIHNIH.
378
881000
2000
gaat het commercialiseren.
14:58
And what you see here is a mousemuis tryingproberen to solveoplossen a mazedoolhof.
379
883000
2000
Hier een muis die een doolhof probeert op te lossen.
15:00
It's a six-armzes-arm mazedoolhof. And there's a bitbeetje of waterwater in the mazedoolhof
380
885000
2000
Het is een zesarmig doolhof. Er staat een beetje water in het doolhof om de muis
15:02
to motivatemotiveren the mousemuis to moveverhuizing, or he'llhel just sitzitten there.
381
887000
2000
te motiveren om te bewegen. Anders blijft ze gewoon zitten.
15:04
And the goaldoel, of courseCursus, of this mazedoolhof
382
889000
2000
Het doel, uiteraard, van dit doolhof
15:06
is to get out of the waterwater and go to a little platformplatform
383
891000
2000
is om uit het water op een klein platform te geraken
15:08
that's underonder the litlit toptop porthaven.
384
893000
2000
dat zich onder de verlichte poort daarboven bevindt.
15:10
Now micemuizen are smartslim, so this mousemuis solvesLost the mazedoolhof eventuallytenslotte,
385
895000
3000
Muizen zijn slim. Deze muis lost uiteindelijk het doolhof op,
15:13
but he does a brute-forcebrute kracht searchzoeken.
386
898000
2000
maar hij doet dat door gissen en missen.
15:15
He's swimmingzwemmen down everyelk avenueLaan untiltot he finallyTenslotte getskrijgt to the platformplatform.
387
900000
3000
Hij probeert al zwemmend alle mogelijkheden uit tot hij uiteindelijk op het platform geraakt.
15:18
So he's not usinggebruik makend van visionvisie to do it.
388
903000
2000
Hij maakt daarvoor geen gebruik van zijn ogen.
15:20
These differentverschillend micemuizen are differentverschillend mutationsmutaties
389
905000
2000
Deze muizen zijn verschillende mutaties
15:22
that recapitulaterecapituleren differentverschillend kindssoorten of blindnessblindheid that affectaantasten humansmensen.
390
907000
3000
die verschillende soorten blindheid, die ook bij mensen voor komen, simuleren.
15:25
And so we're beingwezen carefulvoorzichtig in tryingproberen to look at these differentverschillend modelsmodellen
391
910000
3000
We moeten deze verschillende modellen zorgvuldig onderzoeken
15:28
so we come up with a generalizedGeneralized approachnadering.
392
913000
2000
om te komen tot een algemene aanpak.
15:30
So how are we going to solveoplossen this?
393
915000
2000
Hoe gaan we dit oplossen?
15:32
We're going to do exactlyprecies what we outlinedgeschetst in the previousvoorgaand slideglijbaan.
394
917000
2000
We gaan precies doen wat we beschreven in de vorige dia.
15:34
We're going to take these blueblauw lightlicht photosensorsphotosensors
395
919000
2000
We gaan deze blauwlichtfotosensoren
15:36
and installinstalleren them on a layerlaag of cellscellen
396
921000
2000
installeren op een laag cellen
15:38
in the middlemidden- of the retinanetvlies in the back of the eyeoog
397
923000
3000
in het midden van het netvlies aan de achterkant van het oog
15:41
and convertconverteren them into a cameracamera --
398
926000
2000
en er een camera van maken.
15:43
just like installinginstalleren solarzonne- cellscellen all over those neuronsneuronen
399
928000
2000
Net als het installeren van zonnecellen op de neuronen
15:45
to make them lightlicht sensitivegevoelig.
400
930000
2000
om ze gevoelig te maken voor licht.
15:47
LightLicht is convertedgeconverteerd to electricityelektriciteit on them.
401
932000
2000
Licht wordt dan omgezet in elektriciteit.
15:49
So this mousemuis was blindBlind a couplepaar weeksweken before this experimentexperiment
402
934000
3000
Deze muis was een paar weken voor dit experiment blind
15:52
and receivedontvangen one dosedosis of this photosensitivelichtgevoelige moleculemolecuul in a virusvirus.
403
937000
3000
en kreeg een dosis van dit lichtgevoelige molecuul via een virus toegediend.
15:55
And now you can see, the animaldier can indeedinderdaad avoidvermijden wallswanden
404
940000
2000
Je kunt zien dat het dier nu wel degelijk de muren kan vermijden,
15:57
and go to this little platformplatform
405
942000
2000
naar dit kleine platform gaan
15:59
and make cognitivecognitieve use of its eyesogen again.
406
944000
3000
en opnieuw cognitief gebruik maken van haar ogen.
16:02
And to pointpunt out the powermacht of this:
407
947000
2000
Om nog maar eens te wijzen op het buitengewone resultaat:
16:04
these animalsdieren are ablein staat to get to that platformplatform
408
949000
2000
deze dieren zijn in staat om net zo snel naar dat platform
16:06
just as fastsnel as animalsdieren that have seengezien theirhun entiregeheel liveslevens.
409
951000
2000
te gaan als dieren die dat hun hele leven hebben gedaan.
16:08
So this pre-clinicalpre-klinische studystudie, I think,
410
953000
2000
Deze preklinische studie, denk ik,
16:10
bodesbelooft hopehoop for the kindssoorten of things
411
955000
2000
houdt hoop in
16:12
we're hopinghoop to do in the futuretoekomst.
412
957000
2000
voor de toekomst.
16:14
To closedichtbij, I want to pointpunt out that we're alsoook exploringverkennen
413
959000
3000
Tot slot wil ik erop wijzen dat we ook nieuwe businessmodellen
16:17
newnieuwe businessbedrijf modelsmodellen for this newnieuwe fieldveld- of neurotechnologyNeurotechnology.
414
962000
2000
uitproberen voor dit nieuwe gebied van neurotechnologie.
16:19
We're developingontwikkelen these toolsgereedschap,
415
964000
2000
Wij ontwikkelen deze tools, maar we delen ze vrijelijk
16:21
but we sharedelen them freelyvrij with hundredshonderden of groupsgroepen all over the worldwereld-,
416
966000
2000
met honderden groepen over de hele wereld, zodat mensen eruit
16:23
so people can studystudie and try to treattraktatie differentverschillend disordersaandoeningen.
417
968000
2000
kunnen leren en proberen verschillende stoornissen te behandelen.
16:25
And our hopehoop is that, by figuringuitzoeken out brainhersenen circuitscircuits
418
970000
3000
Door uit te zoeken hoe we deze hersennetwerken
16:28
at a levelniveau of abstractionabstractie that letslaten we us repairreparatie them and engineeringenieur them,
419
973000
3000
kunnen herstellen en bewerken op abstract niveau,
16:31
we can take some of these intractablehardnekkige disordersaandoeningen that I told you about earliervroeger,
420
976000
3000
hopen we ertoe te komen enkele van deze hardnekkige aandoeningen
16:34
practicallybijna nonegeen of whichwelke are curedgenezen,
421
979000
2000
waar ik het eerder over had en die nu ongeneeslijk zijn,
16:36
and in the 21stst centuryeeuw make them historygeschiedenis.
422
981000
2000
in de 21ste eeuw uit de wereld te helpen.
16:38
Thank you.
423
983000
2000
Dank u.
16:40
(ApplauseApplaus)
424
985000
13000
(Applaus)
16:53
JuanJuan EnriquezEnriquez: So some of the stuffspul is a little densedicht.
425
998000
3000
Juan Enriquez: Een deel van dit spul is nogal zwaar op de hand.
16:56
(LaughterGelach)
426
1001000
2000
(Gelach)
16:58
But the implicationsimplicaties
427
1003000
2000
Maar de implicaties
17:00
of beingwezen ablein staat to controlcontrole seizurestoevallen or epilepsyepilepsie
428
1005000
3000
om epilepsieaanvallen onder controle te krijgen
17:03
with lightlicht insteadin plaats daarvan of drugsdrugs,
429
1008000
2000
met licht in plaats van met geneesmiddelen,
17:05
and beingwezen ablein staat to targetdoel those specificallyspecifiek
430
1010000
3000
en de mogelijkheid om zich specifiek hierop te richten
17:08
is a first stepstap.
431
1013000
2000
is een eerste stap.
17:10
The secondtweede thing that I think I heardgehoord you say
432
1015000
2000
Het tweede ding dat ik denk dat ik je hoorde zeggen
17:12
is you can now controlcontrole the brainhersenen in two colorskleuren,
433
1017000
3000
is dat je de hersenen in twee kleuren kan controleren.
17:15
like an on/off switchschakelaar.
434
1020000
2000
Net als een aan/uit-schakelaar.
17:17
EdEd BoydenBoyden: That's right.
435
1022000
2000
Ed Boyden: Dat klopt.
17:19
JEJE: WhichDie makesmerken everyelk impulseimpuls going throughdoor the brainhersenen a binarybinair codecode.
436
1024000
3000
JE: Dat maakt dat elke impuls die door de hersenen gaat een binaire code is.
17:22
EBEB: Right, yeah.
437
1027000
2000
EB: Juist, ja.
17:24
So with blueblauw lightlicht, we can driverijden informationinformatie, and it's in the formformulier of a one.
438
1029000
3000
Dus met blauw licht kunnen we informatie invoeren in de vorm van een één.
17:27
And by turningdraaien things off, it's more or lessminder a zeronul.
439
1032000
2000
En door uit te schakelen krijgen we min of meer een nul.
17:29
So our hopehoop is to eventuallytenslotte buildbouwen brainhersenen coprocessorscoprocessoren
440
1034000
2000
Dus hopen we om uiteindelijk voor de hersenen co-processoren te bouwen
17:31
that work with the brainhersenen
441
1036000
2000
die werken met de hersenen,
17:33
so we can augmentAugment functionsfuncties in people with disabilitieseen handicap.
442
1038000
3000
waardoor we functionaliteit kunnen vergroten bij mensen met een handicap.
17:36
JEJE: And in theorytheorie, that meansmiddelen that,
443
1041000
2000
JE: in theorie betekent dit dat
17:38
as a mousemuis feelsvoelt, smellsgeuren,
444
1043000
2000
als een muis voelt, ruikt,
17:40
hearshoort, touchesaccenten,
445
1045000
2000
hoort, raakt,
17:42
you can modelmodel- it out as a stringdraad of onesdegenen and zerosnullen.
446
1047000
3000
je dat kan modelleren als een reeks enen en nullen.
17:45
EBEB: Sure, yeah. We're hopinghoop to use this as a way of testingtesting
447
1050000
2000
EB: Natuurlijk, ja. We hopen om dit te gebruiken om uit te testen
17:47
what neuralneurale codescodes can driverijden certainzeker behaviorsgedragingen
448
1052000
2000
welke neurale codes bepaalde gedragingen kunnen aansturen,
17:49
and certainzeker thoughtsgedachten and certainzeker feelingsgevoelens,
449
1054000
2000
alsook bepaalde gedachten en bepaalde gevoelens,
17:51
and use that to understandbegrijpen more about the brainhersenen.
450
1056000
3000
en dat gebruiken om meer over de hersenen te weten te komen.
17:54
JEJE: Does that mean that some day you could downloaddownloaden memoriesherinneringen
451
1059000
3000
JE: Betekent dit dat je ooit je herinneringen zou kunnen downloaden
17:57
and maybe uploaduploaden them?
452
1062000
2000
en misschien uploaden?
17:59
EBEB: Well that's something we're startingbeginnend to work on very hardhard.
453
1064000
2000
EB: Dat is iets waar we al mee bezig zijn.
18:01
We're now workingwerkend on some work
454
1066000
2000
We proberen nu
18:03
where we're tryingproberen to tiletegel the brainhersenen with recordingopname elementselementen too.
455
1068000
2000
de hersenen te bedekken met opname-elementen.
18:05
So we can recordrecord informationinformatie and then driverijden informationinformatie back in --
456
1070000
3000
Zo kunnen we gegevens registreren en vervolgens de informatie terug invoeren -
18:08
sortsoort of computinggegevensverwerking what the brainhersenen needsbehoefte aan
457
1073000
2000
een beetje uitrekenen wat de hersenen nodig hebben
18:10
in orderbestellen to augmentAugment its informationinformatie processingverwerken.
458
1075000
2000
om de verwerking van informatie te vergroten.
18:12
JEJE: Well, that mightmacht changeverandering a couplepaar things. Thank you. (EBEB: Thank you.)
459
1077000
3000
JE: Nou, dat zou een paar dingen kunnen veranderen. Dank je. (EB: Dank je wel.)
18:15
(ApplauseApplaus)
460
1080000
3000
(Applaus)
Translated by Rik Delaet
Reviewed by Christel Foncke

▲Back to top

ABOUT THE SPEAKER
Ed Boyden - Neuroengineer
Ed Boyden is a professor of biological engineering and brain and cognitive sciences at the MIT Media Lab and the MIT McGovern Institute.

Why you should listen

Ed Boyden leads the Synthetic Neurobiology Group, which develops tools for analyzing and repairing complex biological systems such as the brain. His group applies these tools in a systematic way in order to reveal ground truth scientific understandings of biological systems, which in turn reveal radical new approaches for curing diseases and repairing disabilities. These technologies include expansion microscopy, which enables complex biological systems to be imaged with nanoscale precision, and optogenetic tools, which enable the activation and silencing of neural activity with light (TED Talk: A light switch for neurons). Boyden also co-directs the MIT Center for Neurobiological Engineering, which aims to develop new tools to accelerate neuroscience progress.

Amongst other recognitions, Boyden has received the Breakthrough Prize in Life Sciences (2016), the BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award (2015), the Carnegie Prize in Mind and Brain Sciences (2015), the Jacob Heskel Gabbay Award (2013), the Grete Lundbeck Brain Prize (2013) and the NIH Director's Pioneer Award (2013). He was also named to the World Economic Forum Young Scientist list (2013) and the Technology Review World's "Top 35 Innovators under Age 35" list (2006). His group has hosted hundreds of visitors to learn how to use new biotechnologies and spun out several companies to bring inventions out of his lab and into the world. Boyden received his Ph.D. in neurosciences from Stanford University as a Hertz Fellow, where he discovered that the molecular mechanisms used to store a memory are determined by the content to be learned. Before that, he received three degrees in electrical engineering, computer science and physics from MIT. He has contributed to over 300 peer-reviewed papers, current or pending patents and articles, and he has given over 300 invited talks on his group's work.

More profile about the speaker
Ed Boyden | Speaker | TED.com