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
TEDSummit

Ed Boyden: A new way to study the brain's invisible secrets

Эд Бойден: Как детские подгузники помогли найти новый способ изучения мозга

Filmed:
1,501,957 views

Нейроинженер Эд Бойден хочет знать, как крошечные биомолекулы в нашем мозге вызывают эмоции, мысли и чувства. Он хочет обнаружить молекулярные изменения, которые приводят к таким расстройствам, как эпилепсия и болезнь Альцгеймера. Вместо того, чтобы рассматривать эти мельчайшие структуры через увеличительное стекло микроскопа, он задаётся вопросом: «Что, если мы увеличим их самих, чтобы лучше всё разглядеть?» Узнайте, как набухающие полимеры, которые используются при изготовлении детских подгузников, могут стать ключом к пониманию нашего мозга.
- 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.

00:12
HelloЗдравствуйте, everybodyвсе.
0
904
1405
Всем привет.
00:14
I broughtпривел with me todayCегодня a babyдетка diaperподгузник.
1
2333
2643
Я пришёл сегодня с детским подгузником,
00:18
You'llВы будете see why in a secondвторой.
2
6793
1722
и вы скоро поймёте почему.
00:20
Babyмалыш diapersподгузники have interestingинтересно propertiesсвойства.
3
8539
2010
У подгузников есть интересное свойство:
00:22
They can swellзыбь enormouslyчрезвычайно
when you addДобавить waterводы to them,
4
10573
2691
они могут сильно набухать
при добавлении воды.
00:25
an experimentэксперимент doneсделанный
by millionsмиллионы of kidsДети everyкаждый day.
5
13288
2984
Этот эксперимент
миллионы детей проводят ежедневно.
00:28
(LaughterСмех)
6
16296
1150
(Смех)
00:29
But the reasonпричина why
7
17470
1494
Причина в том,
00:30
is that they're designedпредназначенный
in a very cleverумная way.
8
18988
2190
что они разработаны очень по-умному.
00:33
They're madeсделал out of a thing
calledназывается a swellableнабухающий materialматериал.
9
21202
2635
Они сделаны из так называемого
набухающего материала.
00:35
It's a specialособый kindсвоего рода of materialматериал that,
when you addДобавить waterводы,
10
23861
2737
Это особый вид материала,
который при добавлении воды
набухает, увеличиваясь в объёме
00:38
it will swellзыбь up enormouslyчрезвычайно,
11
26622
1430
00:40
maybe a thousandтысяча timesраз in volumeобъем.
12
28076
2166
примерно в тысячу раз.
00:42
And this is a very usefulполезным,
industrialпромышленные kindсвоего рода of polymerполимер.
13
30266
3236
Этот промышленный вид полимера
имеет широкое применение.
00:45
But what we're tryingпытаясь to do
in my groupгруппа at MITMIT
14
33819
2526
Наша группа в MIT пытается выяснить,
00:48
is to figureфигура out if we can do
something similarаналогичный to the brainголовной мозг.
15
36369
3213
можем ли мы сделать
что-то подобное с мозгом.
00:51
Can we make it biggerбольше,
16
39606
1159
Можем ли мы увеличить его так,
00:52
bigбольшой enoughдостаточно that you
can peerвглядываться insideвнутри
17
40789
1678
что сможем разглядеть
00:54
and see all the tinyкрошечный buildingздание blocksблоки,
the biomoleculesбиомолекулы,
18
42481
2628
мельчайшие строительные блоки,
биомолекулы,
00:57
how they're organizedорганизованная in threeтри dimensionsГабаритные размеры,
19
45133
2151
и их трёхмерную структуру,
00:59
the structureсостав, the groundземля truthправда
structureсостав of the brainголовной мозг, if you will?
20
47308
3485
собрать данные о структуре мозга,
если можно так сказать?
01:02
If we could get that,
21
50817
1158
Если бы нам это удалось,
01:03
maybe we could have a better understandingпонимание
of how the brainголовной мозг is organizedорганизованная
22
51999
3509
может, мы бы лучше поняли,
как устроен наш мозг,
01:07
to yieldУступать thoughtsмысли and emotionsэмоции
23
55532
1659
как в нём рождаются мысли, эмоции,
01:09
and actionsдействия and sensationsощущения.
24
57215
1719
действия и ощущения.
01:10
Maybe we could try to pinpointопределить
the exactточный changesизменения in the brainголовной мозг
25
58958
3415
Может, мы бы смогли определить,
какие именно изменения в мозге
01:14
that resultрезультат in diseasesболезни,
26
62397
1776
приводят к таким заболеваниям,
01:16
diseasesболезни like Alzheimer'sБолезнь Альцгеймера
and epilepsyэпилепсия and Parkinson'sПаркинсона,
27
64197
3212
как болезнь Альцгеймера,
эпилепсия или болезнь Паркинсона,
01:19
for whichкоторый there are fewмало
treatmentsлечение, much lessМеньше curesзатвердевает,
28
67433
2578
для которых у нас всего несколько
вариантов лечения и лекарств,
01:22
and for whichкоторый, very oftenдовольно часто,
we don't know the causeпричина or the originsпроисхождения
29
70035
3617
и зачастую мы не понимаем
причин или истоков болезни,
01:25
and what's really causingвызывая them to occurпроисходить.
30
73676
2135
не знаем, чем она вызвана.
01:28
Now, our groupгруппа at MITMIT
31
76613
1740
Сейчас наша группа в MIT
01:30
is tryingпытаясь to take
a differentдругой pointточка of viewПосмотреть
32
78377
2686
пытается пересмотреть точку зрения,
01:33
from the way neuroscienceневрология has
been doneсделанный over the last hundredсто yearsлет.
33
81087
3230
главенствовавшую в нейробиологии
на протяжении последних ста лет.
01:36
We're designersдизайнеры. We're inventorsизобретатели.
34
84341
1579
Мы дизайнеры. Мы изобретатели.
01:37
We're tryingпытаясь to figureфигура out
how to buildстроить technologiesтехнологии
35
85944
2544
Мы пытаемся выяснить,
как создать технологии,
01:40
that let us look at and repairремонт the brainголовной мозг.
36
88512
2456
которые позволят нам
изучать и восстанавливать мозг.
01:42
And the reasonпричина is,
37
90992
1151
А причина в том,
01:44
the brainголовной мозг is incrediblyневероятно,
incrediblyневероятно complicatedсложно.
38
92167
2801
что мозг невероятно, невероятно сложен.
01:47
So what we'veмы в learnedнаучился
over the first centuryвека of neuroscienceневрология
39
95484
2887
Итак, за первый век нейробиологии
мы узнали,
01:50
is that the brainголовной мозг is a very
complicatedсложно networkсеть,
40
98395
2303
что мозг представляет собой
очень сложную сеть,
01:52
madeсделал out of very specializedспециализированный
cellsячейки calledназывается neuronsнейроны
41
100722
2480
состоящую из называемых нейронами
особых клеток
01:55
with very complexсложный geometriesгеометрий,
42
103226
1667
с очень сложной геометрией
01:56
and electricalэлектрический currentsтечения will flowтечь
throughчерез these complexlyсложнолегированных shapedфасонный neuronsнейроны.
43
104917
4237
и электрическими токами, проходящими
через сложные по форме нейроны.
02:01
Furthermoreболее того, neuronsнейроны
are connectedсвязанный in networksсети.
44
109653
2784
Эти нейроны объединяются в сети:
02:04
They're connectedсвязанный by little junctionsперекрестки
calledназывается synapsesсинапсы that exchangeобмен chemicalsхимикалии
45
112461
3835
нейроны соединены перемычками, синапсами,
которые передают химические вещества,
02:08
and allowпозволять the neuronsнейроны
to talk to eachкаждый other.
46
116320
2218
позволяя нейронам «общаться».
02:10
The densityплотность of the brainголовной мозг is incredibleнеимоверный.
47
118562
1940
Их концентрация в мозге невероятна.
02:12
In a cubicкубический millimeterмиллиметр of your brainголовной мозг,
48
120526
2307
В кубическом миллиметре вашего мозга
02:14
there are about 100,000 of these neuronsнейроны
49
122857
2457
около 100 000 таких нейронов
02:17
and maybe a billionмиллиард of those connectionsсвязи.
50
125338
2517
и, возможно, миллиард подобных соединений.
02:20
But it's worseхуже.
51
128887
1382
Но это ещё не всё.
02:22
So, if you could zoomзум in to a neuronнейрон,
52
130293
2305
Если бы мы могли увеличить нейрон, —
02:24
and, of courseкурс, this is just
our artist'sхудожника renditionисполнение of it.
53
132622
2750
тут, конечно, показано ви́дение
нашего художника, —
02:27
What you would see are thousandsтысячи
and thousandsтысячи of kindsвиды of biomoleculesбиомолекулы,
54
135396
4207
вы бы увидели тысячи и тысячи
разных видов биомолекул,
02:31
little nanoscaleнаноразмерных machinesмашины
organizedорганизованная in complexсложный, 3D patternsузоры,
55
139627
4400
наноразмерных машин,
организованных в сложные 3D-модели.
02:36
and togetherвместе they mediateпосредничать
those electricalэлектрический pulsesимпульсы,
56
144051
2628
Вместе они преобразовывают
электрические импульсы
02:38
those chemicalхимическая exchangesобмены
that allowпозволять neuronsнейроны to work togetherвместе
57
146703
3937
и проводят химические обмены,
позволяющие нейронам вместе работать
02:42
to generateгенерировать things like thoughtsмысли
and feelingsчувства and so forthвперед.
58
150664
3669
и генерировать, например,
мысли, чувства и так далее.
02:46
Now, we don't know how
the neuronsнейроны in the brainголовной мозг are organizedорганизованная
59
154357
3764
Сейчас мы точно не знаем,
как организованы нейроны в мозге,
02:50
to formформа networksсети,
60
158145
1174
как они формируют сети,
02:51
and we don't know how
the biomoleculesбиомолекулы are organizedорганизованная
61
159343
2500
и мы не знаем,
как биомолекулы организованы
02:53
withinв neuronsнейроны
62
161867
1174
в нейронах
02:55
to formформа these complexсложный, organizedорганизованная machinesмашины.
63
163065
2405
и как они формируют эти
сложноорганизованные машины.
02:57
If we really want to understandПонимаю this,
64
165918
1820
Если мы хотим это понять,
02:59
we're going to need newновый technologiesтехнологии.
65
167762
1817
нам нужны новые технологии.
03:01
But if we could get suchтакие mapsкарты,
66
169603
1784
Если бы мы получили карту мозга,
03:03
if we could look at the organizationорганизация
of moleculesмолекулы and neuronsнейроны
67
171411
2943
если бы мы взглянули
на организацию молекул и нейронов,
03:06
and neuronsнейроны and networksсети,
68
174378
1566
нейронов и сетей,
03:07
maybe we could really understandПонимаю
how the brainголовной мозг conductsдирижирует informationИнформация
69
175968
3437
возможно, мы бы смогли понять,
как мозг передаёт информацию
03:11
from sensoryсенсорный regionsрайоны,
70
179429
1167
из сенсорных областей,
03:12
mixesсмеси it with emotionэмоция and feelingчувство,
71
180620
1736
смешивает её с эмоциями и чувствами
03:14
and generatesгенерирует our decisionsрешения and actionsдействия.
72
182380
2394
и формирует наши решения и действия.
03:17
Maybe we could pinpointопределить the exactточный setзадавать
of molecularмолекулярная changesизменения that occurпроисходить
73
185131
3789
Возможно, мы бы определили набор
молекулярных изменений, происходящих
03:20
in a brainголовной мозг disorderрасстройство.
74
188944
1202
при болезни мозга.
03:22
And onceодин раз we know how
those moleculesмолекулы have changedизменено,
75
190170
2822
Если бы мы знали,
как изменяются эти молекулы, —
03:25
whetherбудь то they'veони имеют increasedвырос in numberномер
or changedизменено in patternшаблон,
76
193016
2780
растёт ли их число
или меняется структура, —
03:27
we could use those
as targetsцели for newновый drugsнаркотики,
77
195820
2939
мы бы использовали эти данные
для создания новых лекарств
03:30
for newновый waysпути of deliveringдоставки
energyэнергия into the brainголовной мозг
78
198783
2271
и новых путей доставки энергии в мозг,
03:33
in orderзаказ to repairремонт the brainголовной мозг
computationsрасчеты that are afflictedстрадающий
79
201078
3880
чтобы восстановить
функции мозга у пациентов,
03:36
in patientsпациентов who sufferстрадать
from brainголовной мозг disordersрасстройства.
80
204982
2299
страдающих от заболеваний мозга.
03:39
We'veУ нас all seenвидели lots of differentдругой
technologiesтехнологии over the last centuryвека
81
207793
3243
За последние сто лет
появилось много разных технологий,
03:43
to try to confrontпротивостоять this.
82
211060
1166
противостоящих этим болезням.
03:44
I think we'veмы в all seenвидели brainголовной мозг scansсканирование
83
212250
1880
Я думаю, все видели снимки мозга,
03:46
takenвзятый usingс помощью MRIМРТ machinesмашины.
84
214154
2034
сделанные с помощью аппарата МРТ.
03:48
These, of courseкурс, have the great powerмощность
that they are noninvasiveнеинвазивный,
85
216212
3347
Их достоинство в том, что они неинвазивны
03:51
they can be used on livingживой humanчеловек subjectsпредметы.
86
219583
2355
и их можно применять на живых людях.
03:54
But alsoтакже, they're spatiallyпространственно crudeсырой.
87
222407
2231
Но, увы, они пространственно не точны.
03:56
Eachкаждый of these blobsсгустки that you see,
or voxelsвокселей, as they're calledназывается,
88
224662
2990
Каждый из этих сгустков,
так называемых вокселей,
03:59
can containсодержать millionsмиллионы
and millionsмиллионы of neuronsнейроны.
89
227676
2689
может содержать миллионы
и миллионы нейронов.
04:02
So it's not at the levelуровень of resolutionразрешающая способность
90
230389
1850
Так что это не тот уровень разрешения,
04:04
where it can pinpointопределить
the molecularмолекулярная changesизменения that occurпроисходить
91
232263
2538
где можно точно определить
молекулярные изменения
04:06
or the changesизменения in the wiringпроводка
of these networksсети
92
234825
2286
или изменения в проводимости этих сетей,
04:09
that contributesспособствует to our abilityспособность
to be consciousсознательный and powerfulмощный beingsсущества.
93
237135
3946
которые делают нас сознательными
и могущественными существами.
04:13
At the other extremeэкстремальный,
you have microscopesмикроскопов.
94
241797
3181
С другой стороны, у нас есть микроскопы.
04:17
MicroscopesМикроскопы, of courseкурс, will use lightлегкий
to look at little tinyкрошечный things.
95
245002
3295
Микроскопам необходим свет,
чтобы изучать мельчайшие частицы.
04:20
For centuriesвека, they'veони имеют been used
to look at things like bacteriaбактерии.
96
248321
3075
Веками мы пользовались
микроскопами для изучения бактерий.
04:23
For neuroscienceневрология,
97
251420
1151
В нейробиологии
04:24
microscopesмикроскопов are actuallyна самом деле how neuronsнейроны
were discoveredобнаруженный in the first placeместо,
98
252595
3412
нейроны были впервые обнаружены
именно с помощью микроскопов
04:28
about 130 yearsлет agoтому назад.
99
256031
1292
около 130 лет назад.
04:29
But lightлегкий is fundamentallyв корне limitedограниченное.
100
257347
2318
Но освещённость принципиально ограничена:
04:31
You can't see individualиндивидуальный moleculesмолекулы
with a regularрегулярный oldстарый microscopeмикроскоп.
101
259689
3298
под обычным микроскопом
нельзя изучать отдельные молекулы
04:35
You can't look at these tinyкрошечный connectionsсвязи.
102
263011
2152
или исследовать мельчайшие соединения.
04:37
So if we want to make our abilityспособность
to see the brainголовной мозг more powerfulмощный,
103
265187
3942
Так что, если мы хотим улучшить
возможности по изучению мозга,
04:41
to get down to the groundземля truthправда structureсостав,
104
269153
2168
дойти до сáмой его структуры,
04:43
we're going to need to have
even better technologiesтехнологии.
105
271345
3280
нам необходимо создать
более продвинутые технологии.
04:47
My groupгруппа, a coupleпара yearsлет agoтому назад,
startedначал thinkingмышление:
106
275611
2224
Моя группа пару лет назад задумалась,
04:49
Why don't we do the oppositeнапротив?
107
277859
1412
почему бы не сделать наоборот?
04:51
If it's so darnштопать complicatedсложно
to zoomзум in to the brainголовной мозг,
108
279295
2461
Если так сложно увеличить
изображение мозга,
04:53
why can't we make the brainголовной мозг biggerбольше?
109
281780
1943
почему бы не сделать сам мозг больше?
04:56
It initiallyпервоначально startedначал
110
284166
1155
Всё началось
04:57
with two gradград studentsстуденты in my groupгруппа,
FeiFei ChenChen and PaulПавел TillbergTillberg.
111
285345
2996
с двух студентов в моей группе,
Фейя Ченя и Пола Тилберга.
05:00
Now manyмногие othersдругие in my groupгруппа
are helpingпомощь with this processобработать.
112
288365
2720
Теперь и другие студенты
присоединились к процессу.
05:03
We decidedприняли решение to try to figureфигура out
if we could take polymersполимеры,
113
291109
2762
Мы решили выяснить, что будет,
если взять полимеры,
05:05
like the stuffматериал in the babyдетка diaperподгузник,
114
293895
1629
как в детских подгузниках,
05:07
and installустанавливать it physicallyфизически
withinв the brainголовной мозг.
115
295548
2006
и поместить их в мозг.
05:09
If we could do it just right,
and you addДобавить waterводы,
116
297578
2241
Если сделать всё правильно
и добавить воду,
05:11
you can potentiallyпотенциально blowдуть the brainголовной мозг up
117
299843
1835
можно увеличить мозг до такого размера,
05:13
to where you could distinguishвыделить
those tinyкрошечный biomoleculesбиомолекулы from eachкаждый other.
118
301702
3377
чтобы можно было различать
эти крошечные биомолекулы.
05:17
You would see those connectionsсвязи
and get mapsкарты of the brainголовной мозг.
119
305103
2870
Тогда мы сможем изучить их соединения
и получить карты мозга.
05:19
This could potentiallyпотенциально be quiteдовольно dramaticдраматичный.
120
307997
1988
Это может стать сенсацией.
Мы принесли сюда образец.
05:22
We broughtпривел a little demoдемонстрация here.
121
310009
3008
05:25
We got some purifiedочищенный babyдетка diaperподгузник materialматериал.
122
313538
2575
Мы извлекли немного
очищенного полимера из подгузника.
05:28
It's much easierПолегче
just to buyкупить it off the Internetинтернет
123
316137
2274
Гораздо проще купить его в Интернете,
05:30
than to extractэкстракт the fewмало grainsзерна
that actuallyна самом деле occurпроисходить in these diapersподгузники.
124
318435
3475
чем достать несколько гранул
из подгузника.
05:33
I'm going to put just one teaspoonчайная ложка here
125
321934
2225
Я положу сюда всего одну чайную ложку
05:36
of this purifiedочищенный polymerполимер.
126
324706
1794
очищенного полимера.
05:39
And here we have some waterводы.
127
327270
2152
У нас есть немного воды.
05:41
What we're going to do
128
329446
1162
Сейчас мы посмотрим,
05:42
is see if this teaspoonчайная ложка
of the babyдетка diaperподгузник materialматериал
129
330632
3011
увеличится ли полимер из подгузника
05:45
can increaseувеличение in sizeразмер.
130
333667
1709
в размере.
05:48
You're going to see it increaseувеличение in volumeобъем
by about a thousandfoldтысячекратный
131
336687
3696
Вы увидите, как объём увеличится
примерно в тысячу раз
05:52
before your very eyesглаза.
132
340407
1286
прямо на ваших глазах.
06:01
I could pourналивать much more of this in there,
133
349597
1972
Я бы мог налить гораздо больше воды,
06:03
but I think you've got the ideaидея
134
351593
1558
но думаю, что вы уже поняли,
06:05
that this is a very,
very interestingинтересно moleculeмолекула,
135
353175
2502
что это очень интересная молекула
06:07
and if can use it in the right way,
136
355701
1912
и если её использовать правильно,
06:09
we mightмог бы be ableв состоянии
to really zoomзум in on the brainголовной мозг
137
357637
2321
мы сможем увеличить мозг,
06:11
in a way that you can't do
with pastмимо technologiesтехнологии.
138
359982
2594
что было невозможно
с прошлыми технологиями.
06:15
OK. So a little bitнемного of chemistryхимия now.
139
363227
2054
OK. Теперь немного химии.
06:17
What's going on
in the babyдетка diaperподгузник polymerполимер?
140
365305
2442
Что происходит с полимером из подгузника?
06:19
If you could zoomзум in,
141
367771
1676
Если посмотреть под увеличением,
06:21
it mightмог бы look something like
what you see on the screenэкран.
142
369471
2673
это бы выглядело, примерно как на экране.
06:24
PolymersПолимеры are chainsцепи of atomsатомы
arrangedрасположены in long, thinтонкий linesлинии.
143
372168
4492
Полимеры — это цепочки атомов,
выстроенные в длинные тонкие линии.
06:28
The chainsцепи are very tinyкрошечный,
144
376684
1367
Эти цепочки крошечные,
06:30
about the widthширина of a biomoleculeбиомолекулы,
145
378075
1864
шириной примерно с биомолекулу,
06:31
and these polymersполимеры are really denseплотный.
146
379963
1747
и плотность полимеров очень высока.
06:33
They're separatedотделенный by distancesрасстояния
147
381734
1500
Промежутки между ними
06:35
that are around the sizeразмер of a biomoleculeбиомолекулы.
148
383258
2252
размером примерно с биомолекулу.
06:37
This is very good
149
385534
1165
Это очень хорошо,
06:38
because we could potentiallyпотенциально
moveпереехать everything apartКроме in the brainголовной мозг.
150
386723
3041
потому что мы могли бы разделить их
внутри мозга.
06:41
If we addДобавить waterводы, what will happenслучаться is,
151
389788
1848
Если мы добавим воду,
06:43
this swellableнабухающий materialматериал
is going to absorbабсорбировать the waterводы,
152
391660
2515
то набухающий материал поглотит её,
06:46
the polymerполимер chainsцепи will moveпереехать
apartКроме from eachкаждый other,
153
394199
2400
полимерные цепочки
отделятся друг от друга,
06:48
and the entireвсе materialматериал
is going to becomeстали biggerбольше.
154
396623
2634
и при этом весь материал
увеличится в размере.
06:51
And because these chainsцепи are so tinyкрошечный
155
399615
1814
Эти цепочки крошечные
06:53
and spacedрасстояние друг от друга by biomolecularбиомолекулярная distancesрасстояния,
156
401453
2205
и разделены промежутками с биомолекулу,
06:55
we could potentiallyпотенциально blowдуть up the brainголовной мозг
157
403682
2039
потенциально мы сможем увеличить мозг,
06:57
and make it bigбольшой enoughдостаточно to see.
158
405745
1633
чтобы заглянуть внутрь.
07:00
Here'sВот the mysteryтайна, then:
159
408020
1240
Однако тут загадка:
07:01
How do we actuallyна самом деле make
these polymerполимер chainsцепи insideвнутри the brainголовной мозг
160
409284
3610
как поместить эти полимерные
цепочки внутрь мозга так,
07:04
so we can moveпереехать all the biomoleculesбиомолекулы apartКроме?
161
412918
2239
чтобы отделить биомолекулы друг от друга?
07:07
If we could do that,
162
415181
1151
Если бы нам это удалось,
07:08
maybe we could get
groundземля truthправда mapsкарты of the brainголовной мозг.
163
416356
2397
возможно, мы бы получили
карту структуры мозга.
07:10
We could look at the wiringпроводка.
164
418777
1389
Увидели бы схему мозга.
07:12
We can peerвглядываться insideвнутри
and see the moleculesмолекулы withinв.
165
420190
3157
Мы смогли бы заглянуть внутрь
и разглядеть молекулы изнутри.
07:15
To explainобъяснять this, we madeсделал some animationsанимации
166
423925
2481
Чтобы лучше это объяснить,
мы сделали анимацию,
07:18
where we actuallyна самом деле look
at, in these artistхудожник renderingsрендеры,
167
426430
2603
где, конечно, художник дал
свою интерпретацию того,
07:21
what biomoleculesбиомолекулы mightмог бы look
like and how we mightмог бы separateотдельный them.
168
429057
3541
как могут выглядеть биомолекулы
и как мы бы могли разделить их.
07:24
Stepшаг one: what we'dмы б have
to do, first of all,
169
432622
2549
Шаг первый: прежде всего мы должны
07:27
is attachприкреплять everyкаждый biomoleculeбиомолекулы,
shownпоказанный in brownкоричневый here,
170
435195
3389
присоединить все биомолекулы,
выделенные здесь коричневым цветом,
07:30
to a little anchorякорь, a little handleручка.
171
438608
2159
к маленькому якорю, маленькой рукоятке.
07:32
We need to pullвытащить the moleculesмолекулы
of the brainголовной мозг apartКроме from eachкаждый other,
172
440791
3095
Нам нужно отделить
молекулы мозга друг от друга,
07:35
and to do that, we need
to have a little handleручка
173
443910
2326
и чтобы сделать это,
нам нужна небольшая рукоятка,
07:38
that allowsпозволяет those polymersполимеры to bindпривязывать to them
174
446260
2285
позволяющая полимерам
прикрепляться к молекулам
07:40
and to exertнапрягать theirих forceсила.
175
448569
1542
и использовать их силу.
07:43
Now, if you just take babyдетка diaperподгузник
polymerполимер and dumpсвалка it on the brainголовной мозг,
176
451278
3161
Если просто взять полимер
из подгузника и поместить его на мозг,
07:46
obviouslyочевидно, it's going to sitсидеть there on topВверх.
177
454463
2037
очевидно, что он просто осядет сверху.
07:48
So we need to find a way
to make the polymersполимеры insideвнутри.
178
456524
2528
Поэтому нам нужно найти способ
доставить полимер внутрь.
07:51
And this is where we're really luckyвезучий.
179
459076
1788
И тут нам действительно повезло.
07:52
It turnsвитки out, you can
get the buildingздание blocksблоки,
180
460888
2188
Оказалось, можно получить
строительные блоки,
07:55
monomersмономеры, as they're calledназывается,
181
463100
1372
так называемые мономеры.
07:56
and if you let them go into the brainголовной мозг
182
464496
1784
Если дать им проникнуть в мозг,
07:58
and then triggerвызывать the chemicalхимическая reactionsреакции,
183
466304
2036
а затем вызвать химические реакции,
08:00
you can get them to formформа
those long chainsцепи,
184
468364
2702
тогда мы сможем заставить их
сформировать длинные цепи
08:03
right there insideвнутри the brainголовной мозг tissueткань.
185
471090
1798
прямо тут, внутри ткани мозга.
08:05
They're going to windветер theirих way
around biomoleculesбиомолекулы
186
473325
2397
Они проложат свой путь вокруг биомолекул
08:07
and betweenмежду biomoleculesбиомолекулы,
187
475746
1221
и между биомолекулами,
08:08
formingформирование those complexсложный websполотна
188
476991
1625
образуя сложные перемычки,
08:10
that will allowпозволять you, eventuallyв итоге,
to pullвытащить apartКроме the moleculesмолекулы
189
478640
2862
которые далее помогут отделить молекулы
08:13
from eachкаждый other.
190
481526
1175
друг от друга.
08:14
And everyкаждый time one
of those little handlesручки is around,
191
482725
3054
И каждый раз, когда одна
из этих маленьких рукояток рядом,
08:17
the polymerполимер will bindпривязывать to the handleручка,
and that's exactlyв точку what we need
192
485803
3350
полимер будет прилепляться к ней,
и это именно то, что нам нужно,
08:21
in orderзаказ to pullвытащить the moleculesмолекулы
apartКроме from eachкаждый other.
193
489177
2531
чтобы отделить молекулы друг от друга.
08:23
All right, the momentмомент of truthправда.
194
491732
1693
Итак, момент истины.
08:25
We have to treatрассматривать this specimenобразец
195
493449
2148
Мы должны обработать этот образец
08:27
with a chemicalхимическая to kindсвоего рода of loosenрыхлить up
all the moleculesмолекулы from eachкаждый other,
196
495621
3446
химическим веществом,
чтобы ослабить связь между молекулами,
08:31
and then, when we addДобавить waterводы,
197
499091
1836
и затем, когда мы добавим воду,
08:32
that swellableнабухающий materialматериал is going
to startНачало absorbingпоглощающий the waterводы,
198
500951
2953
набухающий материал начнёт поглощать её,
08:35
the polymerполимер chainsцепи will moveпереехать apartКроме,
199
503928
1703
полимерные цепи разойдутся,
08:37
but now, the biomoleculesбиомолекулы
will come alongвдоль for the rideпоездка.
200
505655
2722
но теперь вместе с биомолекулами.
08:40
And much like drawingРисование
a pictureкартина on a balloonвоздушный шар,
201
508401
2164
Это как нарисовать что-нибудь
на воздушном шаре,
08:42
and then you blowдуть up the balloonвоздушный шар,
202
510589
1587
затем надуть шар,
08:44
the imageобраз is the sameодна и та же,
203
512200
1290
рисунок будет такой же,
08:45
but the inkчернила particlesчастицы have movedпереехал
away from eachкаждый other.
204
513514
2548
но частицы чернил
разойдутся друг от друга.
08:48
And that's what we'veмы в been ableв состоянии
to do now, but in threeтри dimensionsГабаритные размеры.
205
516086
3467
Это мы можем делать уже сейчас,
но в трёх измерениях.
08:51
There's one last trickтрюк.
206
519577
1999
И последняя хитрость.
08:53
As you can see here,
207
521600
1218
Как вы можете видеть здесь,
08:54
we'veмы в color-codedцветные
all the biomoleculesбиомолекулы brownкоричневый.
208
522842
2109
мы покрасили биомолекулы
в коричневый цвет,
08:56
That's because they all
kindсвоего рода of look the sameодна и та же.
209
524975
2170
потому что они все выглядят одинаково.
08:59
Biomoleculesбиомолекулы are madeсделал
out of the sameодна и та же atomsатомы,
210
527169
2105
Биомолекулы состоят из одинаковых атомов,
09:01
but just in differentдругой ordersзаказы.
211
529298
2240
но в разной последовательности.
09:03
So we need one last thing
212
531562
1500
И последнее,
09:05
in orderзаказ to make them visibleвидимый.
213
533086
1695
нужно сделать их видимыми.
09:06
We have to bringприносить in little tagsтеги,
214
534805
1579
Мы должны прикрепить к ним маленькие теги,
09:08
with glowingпылающий dyesкрасители
that will distinguishвыделить them.
215
536408
3019
с яркими красками,
которые позволит нам различать их.
09:11
So one kindсвоего рода of biomoleculeбиомолекулы
mightмог бы get a blueсиний colorцвет.
216
539451
2673
Так один вид биомолекул
может получить синий цвет,
09:14
AnotherДругая kindсвоего рода of biomoleculeбиомолекулы
mightмог бы get a redкрасный colorцвет.
217
542148
2351
другой вид биомолекул — красный,
09:16
And so forthвперед.
218
544523
1276
и так далее.
09:17
And that's the finalокончательный stepшаг.
219
545823
1552
И последний шаг.
09:19
Now we can look at something like a brainголовной мозг
220
547399
2278
Теперь мы можем изучать, например мозг,
09:21
and look at the individualиндивидуальный moleculesмолекулы,
221
549701
1796
исследовать отдельные молекулы,
09:23
because we'veмы в movedпереехал them
farдалеко apartКроме enoughдостаточно from eachкаждый other
222
551521
2707
потому что мы разделили их
достаточно далеко друг от друга
09:26
that we can tell them apartКроме.
223
554252
1698
и теперь можем их различать.
09:27
So the hopeнадежда here is that
we can make the invisibleневидимый visibleвидимый.
224
555974
2834
Мы надеемся сделать невидимое видимым.
09:30
We can turnочередь things that mightмог бы seemказаться
smallмаленький and obscureбезвестный
225
558832
2566
Мы можем увеличить
крошечное и малопонятное,
09:33
and blowдуть them up
226
561422
1151
и увеличив,
09:34
untilдо they're like constellationsсозвездия
of informationИнформация about life.
227
562597
3177
мы бы смогли собрать
необходимую информацию.
09:37
Here'sВот an actualфактический videoвидео
of what it mightмог бы look like.
228
565798
2375
Вот конкретное видео,
как это может выглядеть.
09:40
We have here a little brainголовной мозг in a dishблюдо --
229
568197
2371
У нас здесь немного мозга в чашке Петри,
09:42
a little pieceкусок of a brainголовной мозг, actuallyна самом деле.
230
570592
1747
маленький кусочек мозга.
09:44
We'veУ нас infusedперелитый the polymerполимер in,
231
572363
1596
Мы поместили внутрь полимер
09:45
and now we're addingдобавление waterводы.
232
573983
1467
и теперь добавляем воду.
09:47
What you'llВы будете see is that,
right before your eyesглаза --
233
575474
2358
То, что вы сейчас
увидите своими глазами, —
09:49
this videoвидео is spedускоренный up about sixtyfoldsixtyfold --
234
577856
1923
это видео, ускоренное в 6 раз.
09:51
this little pieceкусок of brainголовной мозг tissueткань
is going to growрасти.
235
579803
2725
Cейчас этот маленький кусочек
ткани мозга начнёт расти.
09:54
It can increaseувеличение by a hundredfoldстократный
or even more in volumeобъем.
236
582552
3180
Он может увеличиться в объёме
в сотни раз или даже больше.
09:57
And the coolкруто partчасть is, because
those polymersполимеры are so tinyкрошечный,
237
585756
2949
И самое интересное —
эти полимеры настолько малы,
10:00
we're separatingотделяющий biomoleculesбиомолекулы
evenlyравномерно from eachкаждый other.
238
588729
2559
что биомолекулы равномерно
отделяются друг от друга.
10:03
It's a smoothгладкий; плавный expansionрасширение.
239
591312
1658
Происходит плавное расширение.
10:04
We're not losingпроигрыш the configurationконфигурация
of the informationИнформация.
240
592994
2687
Мы не теряем структуру информации.
10:07
We're just makingизготовление it easierПолегче to see.
241
595705
2700
Мы просто упрощаем себе задачу.
10:11
So now we can take
actualфактический brainголовной мозг circuitryсхема --
242
599333
2176
Теперь мы видим фактическую схему мозга —
10:13
here'sвот a pieceкусок of the brainголовной мозг
involvedучаствует with, for exampleпример, memoryПамять --
243
601533
3134
вот например, часть мозга,
ответственная за память.
10:16
and we can zoomзум in.
244
604691
1263
Можно увеличить масштаб.
10:17
We can startНачало to actuallyна самом деле look at
how circuitsсхемы are configuredсконфигурировано.
245
605978
2890
Можно посмотреть, как устроены схемы.
10:20
Maybe somedayкогда-нибудь we could readчитать out a memoryПамять.
246
608892
1968
Возможно, однажды мы прочитаем
нашу память.
10:22
Maybe we could actuallyна самом деле look
at how circuitsсхемы are configuredсконфигурировано
247
610884
2779
Возможно, мы поймём, как работают схемы,
10:25
to processобработать emotionsэмоции,
248
613687
1152
как обрабатываются эмоции,
10:26
how the actualфактический wiringпроводка
of our brainголовной мозг is organizedорганизованная
249
614863
2922
как организована схема нашего мозга,
10:29
in orderзаказ to make us who we are.
250
617809
2567
которая делает нас теми, кто мы есть.
10:32
And of courseкурс, we can pinpointопределить, hopefullyс надеждой,
251
620400
2047
И также мы надеемся,
что сможем определять
10:34
the actualфактический problemsпроблемы in the brainголовной мозг
at a molecularмолекулярная levelуровень.
252
622471
3159
существующие неполадки в мозге
на молекулярном уровне.
10:37
What if we could actuallyна самом деле
look into cellsячейки in the brainголовной мозг
253
625654
2569
Что, если бы мы могли
заглянуть в клетки мозга
10:40
and figureфигура out, wowВау, here are the 17
moleculesмолекулы that have alteredизменено
254
628247
3083
и выяснить, что — ничего себе! —
эти 17 молекул видоизменились
10:43
in this brainголовной мозг tissueткань that has been
undergoingпретерпевает epilepsyэпилепсия
255
631354
3455
в ткани мозга, страдающего эпилепсией
10:46
or changingизменения in Parkinson'sПаркинсона diseaseболезнь
256
634833
1650
или болезнью Паркинсона
10:48
or otherwiseв противном случае beingявляющийся alteredизменено?
257
636507
1517
или чем-то ещё?
10:50
If we get that systematicсистематическая listсписок
of things that are going wrongнеправильно,
258
638048
3043
Если мы получим точный список отклонений,
10:53
those becomeстали our therapeuticтерапевтический targetsцели.
259
641115
2199
то сможем определить пути лечения.
10:55
We can buildстроить drugsнаркотики that bindпривязывать those.
260
643338
1677
Мы сможем создать лекарства от них.
10:57
We can maybe aimцель energyэнергия
at differentдругой partsчасти of the brainголовной мозг
261
645039
2627
Возможно, мы сможем перенаправлять
энергию в разные отделы мозга,
10:59
in orderзаказ to help people
with Parkinson'sПаркинсона or epilepsyэпилепсия
262
647690
2687
чтобы помочь людям
с Паркинсоном, эпилепсией
11:02
or other conditionsусловия that affectаффект
over a billionмиллиард people
263
650401
2551
и другими болезнями
более миллиарда человек
11:04
around the worldМир.
264
652976
1213
по всему миру.
11:07
Now, something interestingинтересно
has been happeningпроисходит.
265
655246
2206
Происходит что-то интересное.
11:09
It turnsвитки out that throughoutна протяжении biomedicineбиомедицины,
266
657476
2705
Оказалось, что в биомедицине
11:12
there are other problemsпроблемы
that expansionрасширение mightмог бы help with.
267
660205
2666
есть и другие проблемы,
где это увеличение может помочь.
11:14
This is an actualфактический biopsyбиопсия
from a humanчеловек breastгрудь cancerрак patientпациент.
268
662895
3234
Это биопсия пациентки
с раком молочной железы.
11:18
It turnsвитки out that if you look at cancersраки,
269
666505
2188
Если посмотреть на клетки рака,
11:20
if you look at the immuneиммунный systemсистема,
270
668717
1611
на иммунную систему,
11:22
if you look at agingстарение,
if you look at developmentразвитие --
271
670352
2513
на процесс старения,
на развитие болезни,
11:24
all these processesпроцессы are involvingс привлечением
large-scaleкрупномасштабный biologicalбиологический systemsсистемы.
272
672889
4497
видно, что во все эти процессы вовлечены
крупные биологические системы.
11:29
But of courseкурс, the problemsпроблемы beginначать
with those little nanoscaleнаноразмерных moleculesмолекулы,
273
677410
4024
Конечно же, все проблемы начинаются
с этих маленьких наноразмерных молекул,
11:33
the machinesмашины that make the cellsячейки
and the organsорганы in our bodyтело tickпоставить галочку.
274
681458
3869
машин, которые заставляют
клетки и органы работать.
11:37
So what we're tryingпытаясь
to do now is to figureфигура out
275
685351
2222
Итак, сейчас мы попытаемся выяснить,
11:39
if we can actuallyна самом деле use this technologyтехнологии
to mapкарта the buildingздание blocksблоки of life
276
687597
3466
сможем ли мы с помощью этой технологии
получить карту строительных блоков
11:43
in a wideширокий varietyразнообразие of diseasesболезни.
277
691087
1745
в огромном разнообразии болезней.
11:44
Can we actuallyна самом деле pinpointопределить
the molecularмолекулярная changesизменения in a tumorопухоль
278
692856
2896
Сможем ли мы определить
молекулярные изменения в опухоли
11:47
so that we can actuallyна самом деле
go after it in a smartумная way
279
695776
2369
и отследить то место,
11:50
and deliverдоставить drugsнаркотики that mightмог бы wipeпротирать out
exactlyв точку the cellsячейки that we want to?
280
698169
3944
куда надо доставить лекарство,
чтобы уничтожить опасные для нас клетки?
11:54
You know, a lot of medicineлекарственное средство
is very highвысокая riskриск.
281
702137
2335
Знаете, медицина — это всегда риск.
11:56
SometimesИногда, it's even guessworkдогадок.
282
704496
1782
Иногда это даже «метод тыка».
11:58
My hopeнадежда is we can actuallyна самом деле turnочередь
what mightмог бы be a high-riskвысокий риск moonЛуна shotвыстрел
283
706626
3875
Мы надеемся, что сможем
превратить эти рискованные попытки
12:02
into something that's more reliableнадежный.
284
710525
1769
в нечто более надёжное.
12:04
If you think about the originalоригинал moonЛуна shotвыстрел,
285
712318
2055
Вспомните наш полёт на Луну,
12:06
where they actuallyна самом деле landedвысадился on the moonЛуна,
286
714397
1898
который состоялся на самом деле,
12:08
it was basedисходя из on solidтвердый scienceнаука.
287
716319
1444
и всё благодаря науке.
12:09
We understoodпонимать gravityсила тяжести;
288
717787
1603
Мы изучили гравитацию,
12:11
we understoodпонимать aerodynamicsаэродинамика.
289
719414
1341
мы изучили аэродинамику.
12:12
We knewзнал how to buildстроить rocketsракеты.
290
720779
1395
Мы знаем, как строить ракеты.
12:14
The scienceнаука riskриск was underпод controlконтроль.
291
722198
2468
Научные риски были под контролем.
12:16
It was still a great, great
featподвиг of engineeringинжиниринг.
292
724690
2753
Это был величайший успех инженерии.
12:19
But in medicineлекарственное средство, we don't
necessarilyобязательно have all the lawsзаконы.
293
727467
2645
Но в медицине нам не нужно
соблюдать все эти законы.
12:22
Do we have all the lawsзаконы
that are analogousаналогичный to gravityсила тяжести,
294
730136
3109
Есть ли у нас законы,
аналогичные гравитации
12:25
that are analogousаналогичный to aerodynamicsаэродинамика?
295
733269
2344
и аналогичные аэродинамике?
12:27
I would argueспорить that with technologiesтехнологии
296
735637
1730
Я считаю, что с помощью технологий,
12:29
like the kindsвиды I'm talkingговорящий about todayCегодня,
297
737391
1872
о которых я сегодня говорил,
12:31
maybe we can actuallyна самом деле deriveвыводить those.
298
739287
1693
возможно, мы выведем такие законы.
12:33
We can mapкарта the patternsузоры
that occurпроисходить in livingживой systemsсистемы,
299
741004
2857
Может, мы отметим паттерны,
встречающиеся в живых организмах,
12:35
and figureфигура out how to overcomeпреодолеть
the diseasesболезни that plagueчума us.
300
743885
4558
и выясним, как победить
тревожащие нас болезни.
12:41
You know, my wifeжена and I
have two youngмолодой kidsДети,
301
749499
2079
У нас с женой два маленьких ребёнка,
12:43
and one of my hopesнадеется as a bioengineerбиоинженер
is to make life better for them
302
751602
3234
и одна из моих надежд как биоинженера —
сделать их жизнь лучше,
12:46
than it currentlyВ данный момент is for us.
303
754860
1729
чем она есть сейчас для нас.
12:48
And my hopeнадежда is, if we can
turnочередь biologyбиология and medicineлекарственное средство
304
756613
3730
И я надеюсь, мы сможем изменить
биологию и медицину
12:52
from these high-riskвысокий риск endeavorsстремится
that are governedпод управлением by chanceшанс and luckвезение,
305
760367
4357
и превратить эти высокорискованные
попытки, зависящие от случая и удачи,
12:56
and make them things
that we winвыиграть by skillумение and hardжесткий work,
306
764748
3927
в надёжные способы лечения
с помощью мастерства и упорства —
13:00
then that would be a great advanceпродвижение.
307
768699
1898
это был бы большой шаг вперёд.
13:02
Thank you very much.
308
770621
1206
Большое спасибо.
13:03
(ApplauseАплодисменты)
309
771851
10383
(Аплодисменты)
Translated by Olenka Rasskazova
Reviewed by Natalia Ost

▲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