ABOUT THE SPEAKER
Steve McCarroll - Geneticist
Steve McCarroll is conducting groundbreaking research on the causes of mental illness.

Why you should listen

Steve McCarroll and the scientists in his lab use human genetics, molecular biology and engineering to create new ways of studying the human brain, reveal the ways in which genomes vary from person to person and discover the molecular and cellular processes that underlie brain illness. McCarroll and his team at Harvard have linked schizophrenia to specific gene variations that recruit immune molecules into "pruning" synapses in the brain, a discovery that is leading toward new ways of thinking about the biological basis of schizophrenia and new approaches for discovering medicines.

Prior to leading his lab, McCarroll earned his PhD in neuroscience at the University of California, San Francisco. He is also currently serving as Director of Genetics for the Broad Institute's Stanley Center for Psychiatric Research.

More profile about the speaker
Steve McCarroll | Speaker | TED.com
TEDMED 2017

Steve McCarroll: How data is helping us unravel the mysteries of the brain

史帝夫麥卡羅: 資料如何協助我們解開大腦之謎

Filmed:
1,529,178 views

遺傳學家史帝夫麥卡羅想要為人體內的所有細胞建立圖解導覽,讓我們能夠了解特定(特別是大腦中的)基因如何運作的精確細節資訊。他在這場出色的演說中分享他團隊的進展,包括「液滴定序」這發明,讓科學家可以用前所未有的規模分析個別細胞。他也描述了這項研究如何能帶來治療心理疾病(如精神分裂症)的新方法。
- Geneticist
Steve McCarroll is conducting groundbreaking research on the causes of mental illness. Full bio

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00:12
Nine years年份 ago,
0
785
1704
九年前,
00:14
my sister妹妹 discovered發現 lumps硬塊
in her neck頸部 and arm
1
2513
3101
我姐姐發現她的頸部
和手臂上有腫塊,
經診斷為癌症。
00:17
and was diagnosed確診 with cancer癌症.
2
5638
1760
00:20
From that day, she started開始 to benefit效益
3
8985
3199
她自那天起開始受惠於
科學對於癌症的了解。
00:24
from the understanding理解
that science科學 has of cancer癌症.
4
12208
3115
00:28
Every一切 time she went to the doctor醫生,
5
16206
2099
每次她去看醫生,
他們測量了特定的分子,
00:30
they measured測量 specific具體 molecules分子
6
18329
2194
從中得到的資訊可以知道她的狀況
00:32
that gave them information信息
about how she was doing
7
20547
2881
及接下來要做什麼。
00:35
and what to do next下一個.
8
23452
1309
00:38
New medical options選項
became成為 available可得到 every一切 few少數 years年份.
9
26095
3666
每過數年,都有新的
醫療方法可以選用。
00:43
Everyone大家 recognized認可
that she was struggling奮鬥的 heroically英勇
10
31070
4318
大家都意識到她在艱苦地奮力掙脫
某種生物疾病。
00:47
with a biological生物 illness疾病.
11
35412
1728
00:50
This spring彈簧, she received收到
an innovative創新 new medical treatment治療
12
38847
3657
今年春天,她接受
一項創新醫學治療的
臨床試驗。
00:54
in a clinical臨床 trial審訊.
13
42528
1202
它戲劇化地擊退了她的癌症。
00:55
It dramatically顯著 knocked被撞 back her cancer癌症.
14
43754
2224
00:59
Guess猜測 who I'm going to spend
this Thanksgiving感恩 with?
15
47446
2552
猜猜我今年的感恩節
要跟誰一起過?
我那快活的姐姐,
01:02
My vivacious活潑 sister妹妹,
16
50022
2267
她做的運動比我還多,
01:04
who gets得到 more exercise行使 than I do,
17
52313
2629
01:06
and who, like perhaps也許
many許多 people in this room房間,
18
54966
2859
她也和這間房間中許多人一樣,
越來越會去談這種致命的疾病,
01:09
increasingly日益 talks會談 about a lethal致命 illness疾病
19
57849
2292
用過去式來談。
01:12
in the past過去 tense緊張.
20
60165
1263
01:14
Science科學 can, in our lifetimes壽命 --
even in a decade --
21
62614
3863
科學能夠在我們的一生中
——甚至在十年內——
改變「患上一種特定疾病」的意義。
01:18
transform轉變 what it means手段
to have a specific具體 illness疾病.
22
66501
3207
01:24
But not for all illnesses疾病.
23
72055
1534
但並非所有疾病都是如此。
01:27
My friend朋友 Robert羅伯特 and I
were classmates同學 in graduate畢業 school學校.
24
75375
3722
我和我的朋友勞勃
是研究所的同學。
勞勃很聰明,
01:31
Robert羅伯特 was smart聰明,
25
79121
1801
但隨著每個月過去,
01:32
but with each passing通過 month,
26
80946
1477
他的思考似乎變得越來越零亂。
01:34
his thinking思維 seemed似乎 to become成為
more disorganized雜亂無章.
27
82447
3154
01:38
He dropped下降 out of school學校,
got a job工作 in a store商店 ...
28
86241
3198
他退學了,在一間店
找到一份工作……
但連那工作也變得太複雜。
01:41
But that, too, became成為 too complicated複雜.
29
89463
2218
01:44
Robert羅伯特 became成為 fearful可怕 and withdrawn取消.
30
92559
2945
勞勃變得害怕和退縮。
01:48
A year and a half later後來,
he started開始 hearing聽力 voices聲音
31
96281
2381
一年半後,他開始有幻聽,
相信有人在跟蹤他。
01:50
and believing相信 that people
were following以下 him.
32
98686
2197
醫生診斷出他得了精神分裂症,
01:52
Doctors醫生 diagnosed確診 him with schizophrenia精神分裂症,
33
100907
2722
他們給了他最好的藥。
01:55
and they gave him
the best最好 drug藥物 they could.
34
103653
2120
那種藥讓他的幻聽情況減緩了,
01:57
That drug藥物 makes品牌 the voices聲音
somewhat有些 quieter安靜,
35
105797
3008
02:00
but it didn't restore恢復 his bright mind心神
or his social社會 connectedness連通.
36
108829
3989
但卻無法恢復他聰明的大腦
或是他的社會連結。
02:06
Robert羅伯特 struggled掙扎 to remain connected連接的
37
114270
1856
勞勃非常努力地維持
和學校、工作,
及朋友世界的連結。
02:08
to the worlds世界 of school學校
and work and friends朋友.
38
116150
2857
他慢慢遠離了,
02:11
He drifted漂流 away,
39
119031
1383
現今,我不知道他身在何方。
02:12
and today今天 I don't know where to find him.
40
120438
2285
02:15
If he watches手錶 this,
41
123593
1479
如果他看到這場演說,
02:17
I hope希望 he'll地獄 find me.
42
125962
1628
我希望他會找到我。
02:22
Why does medicine醫學 have
so much to offer提供 my sister妹妹,
43
130639
4107
為什麼醫學能幫助我姐姐這麼多,
02:27
and so much less to offer提供
millions百萬 of people like Robert羅伯特?
44
135540
4210
對於數百萬名像勞勃這樣的人,
能幫上的忙卻少很多?
需求就在那裡。
02:32
The need is there.
45
140952
1290
世界衛生組織估計,大腦疾病
02:34
The World世界 Health健康 Organization組織
estimates估計 that brain illnesses疾病
46
142266
3153
如精神分裂症、躁鬱症,
和重度憂鬱症,
02:37
like schizophrenia精神分裂症, bipolar雙極 disorder紊亂
and major重大的 depression蕭條
47
145443
4115
是世界上造成失去數年生命
以及工作的最大原因。
02:41
are the world's世界 largest最大 cause原因
of lost丟失 years年份 of life and work.
48
149582
4971
02:47
That's in part部分 because these illnesses疾病
often經常 strike罷工 early in life,
49
155807
3561
有部分原因是因為這些疾病
經常出現在人生早期,
在許多方面,是人生輝煌時期,
02:51
in many許多 ways方法, in the prime主要 of life,
50
159392
2181
比如剛完成學業時,
剛開始職涯時,
02:53
just as people are finishing精加工
their educations的教育, starting開始 careers職業生涯,
51
161597
4464
建立關係和家庭時。
02:58
forming成型 relationships關係 and families家庭.
52
166085
2279
這些疾病可能會導致自殺;
03:00
These illnesses疾病 can result結果 in suicide自殺;
53
168388
2829
03:03
they often經常 compromise妥協 one's那些 ability能力
to work at one's那些 full充分 potential潛在;
54
171907
4567
經常影響患者的工作能力,
讓他們無法盡展潛能;
03:09
and they're the cause原因 of so many許多
tragedies悲劇 harder更難 to measure測量:
55
177767
3455
這些疾病也造成
許多更難測量的悲劇:
失去人際關係和連結,
03:13
lost丟失 relationships關係 and connections連接,
56
181246
2438
錯過追求夢想和理想的機會。
03:15
missed錯過 opportunities機會
to pursue追求 dreams and ideas思路.
57
183708
3039
03:19
These illnesses疾病 limit限制 human人的 possibilities可能性
58
187533
3005
這些疾病以我們無法測量的方式
限制了人類的可能性。
03:22
in ways方法 we simply只是 cannot不能 measure測量.
59
190562
2154
03:27
We live生活 in an era時代 in which哪一個
there's profound深刻 medical progress進展
60
195493
4016
在我們所處的時代,
醫學的許多面向
都有著顯著的進步。
03:31
on so many許多 other fronts戰線.
61
199533
1811
我姐姐的癌症故事
就是個很好的例子,
03:33
My sister's姐妹 cancer癌症 story故事
is a great example,
62
201368
2547
心臟疾病亦然。
03:35
and we could say the same相同
of heart disease疾病.
63
203939
2062
像施德丁這類藥物,能夠預防
數百萬計個心臟病發和中風案例。
03:38
Drugs毒品 like statins他汀類藥物 will prevent避免
millions百萬 of heart attacks攻擊 and strokes.
64
206025
3585
03:43
When you look at these areas
of profound深刻 medical progress進展
65
211047
2945
如果來探討一下
我們一生中這些有著重大
醫學進展的領域,
03:46
in our lifetimes壽命,
66
214016
1464
會發現它們有個共通之處:
03:47
they have a narrative敘述 in common共同:
67
215504
1674
03:50
scientists科學家們 discovered發現 molecules分子
that matter to an illness疾病,
68
218067
4548
科學家發現分子
對某種疾病的影響,
他們開發出一些方法來偵測
和測量人體中的那些分子,
03:54
they developed發達 ways方法 to detect檢測
and measure測量 those molecules分子 in the body身體,
69
222639
4679
04:00
and they developed發達 ways方法
to interfere干擾 with those molecules分子
70
228492
2778
他們還開發出一些方法,
用其他分子——即藥物——
來干預那些分子。
04:03
using運用 other molecules分子 -- medicines藥品.
71
231294
2048
04:05
It's a strategy戰略 that has worked工作
again and again and again.
72
233921
4020
這個策略一直有效。
04:11
But when it comes to the brain,
that strategy戰略 has been limited有限,
73
239403
3642
但牽涉到大腦時,
這種策略就會受限了,
因為現今,我們對於
大腦如何運作,
04:15
because today今天, we don't know
nearly幾乎 enough足夠, yet然而,
74
243069
4602
所知還是不夠多。
04:19
about how the brain works作品.
75
247695
1852
04:22
We need to learn學習 which哪一個 of our cells細胞
matter to each illness疾病,
76
250526
4266
我們需要了解每一種疾病
和我們的哪些細胞有關,
以及每一種疾病和
那些細胞中的哪些分子有關。
04:26
and which哪一個 molecules分子 in those cells細胞
matter to each illness疾病.
77
254816
3570
04:31
And that's the mission任務
I want to tell you about today今天.
78
259058
2651
那是我今天想要跟各位談的使命。
04:34
My lab實驗室 develops發展 technologies技術
with which哪一個 we try to turn the brain
79
262781
3809
我的實驗室開發一些技術,
試圖用這些技術把大腦
轉為一個大數據問題。
04:38
into a big-data大數據 problem問題.
80
266614
1700
在我成為生物學家之前,
我的工作和電腦及數學有關,
04:40
You see, before I became成為 a biologist生物學家,
I worked工作 in computers電腦 and math數學,
81
268338
3536
我學到的一課是:
04:43
and I learned學到了 this lesson:
82
271898
1324
04:46
wherever哪裡 you can collect蒐集 vast廣大 amounts
of the right kinds of data數據
83
274365
4184
只要你能夠收集到
大量恰當的資料,
關於運作一個系統的資料,
04:50
about the functioning功能 of a system系統,
84
278573
2030
04:53
you can use computers電腦 in powerful強大 new ways方法
85
281365
3618
你就可以用強大的
新方式來使用電腦,
去合理解釋那系統,
並了解它是如何運作的。
04:57
to make sense of that system系統
and learn學習 how it works作品.
86
285007
3225
現今,大數據方法正在轉變
05:00
Today今天, big-data大數據 approaches方法
are transforming轉型
87
288256
2522
我們經濟中越來越大的部分,
05:02
ever-larger越來越大 sectors行業 of our economy經濟,
88
290802
2483
而在生物學和醫學方面,
這些方法也能產生同樣的轉變。
05:05
and they could do the same相同
in biology生物學 and medicine醫學, too.
89
293309
3286
但你得要找到對的資料。
05:08
But you have to have
the right kinds of data數據.
90
296619
2557
你得要找到關於對的事物的資料。
05:11
You have to have data數據
about the right things.
91
299200
2259
05:13
And that often經常 requires要求
new technologies技術 and ideas思路.
92
301917
3865
而那通常會需要新科技和想法。
05:18
And that is the mission任務 that animates動畫
the scientists科學家們 in my lab實驗室.
93
306815
3494
就是這個使命使我的
實驗室裡的科學家充滿活力。
今天,我想分享兩個關於
我們工作上的簡短故事。
05:23
Today今天, I want to tell you
two short stories故事 from our work.
94
311251
2974
05:27
One fundamental基本的 obstacle障礙 we face面對
95
315427
3104
在嘗試將大腦轉為大數據問題時,
我們所面對的一個根本障礙
05:30
in trying to turn the brain
into a big-data大數據 problem問題
96
318555
2660
05:33
is that our brains大腦 are composed of
and built內置 from billions數十億 of cells細胞.
97
321946
4538
在於我們的大腦是由
數十億個細胞所組成和建成的。
05:39
And our cells細胞 are not generalists多面手;
they're specialists專家.
98
327246
3859
而我們的細胞並不是
通才,它們是專家。
就像人類工作時一樣,
05:43
Like humans人類 at work,
99
331129
2089
它們專攻數千種不同的細胞職業,
05:45
they specialize專攻 into thousands數千
of different不同 cellular細胞的 careers職業生涯,
100
333242
5274
或細胞類型。
05:50
or cell細胞 types類型.
101
338540
1367
05:52
In fact事實, each of
the cell細胞 types類型 in our body身體
102
340796
2571
事實上,在我們身體內的
每一種細胞類型
都很可能成為一場
生動的 TED 演講,
05:55
could probably大概 give a lively活潑 TEDTED Talk
103
343391
1878
討論它的工作是什麼。
05:57
about what it does at work.
104
345293
1542
06:00
But as scientists科學家們,
we don't even know today今天
105
348422
2370
但,身為科學家,
我們現今甚至還不知道
有多少細胞類型存在,
06:02
how many許多 cell細胞 types類型 there are,
106
350816
1907
而且我們不知道大部分
那些演講的題目會是什麼。
06:04
and we don't know what the titles標題
of most of those talks會談 would be.
107
352747
3277
06:11
Now, we know many許多
important重要 things about cell細胞 types類型.
108
359809
2970
現在,我們知道許多
關於細胞類型的重要資訊。
它們在大小和形狀上
可以有很大的差異。
06:14
They can differ不同 dramatically顯著
in size尺寸 and shape形狀.
109
362803
2751
這個細胞會對一個分子
做出反應,另一個細胞卻不會。
06:17
One will respond響應 to a molecule分子
that the other doesn't respond響應 to,
110
365578
4135
它們會製造出不同的分子。
06:21
they'll他們會 make different不同 molecules分子.
111
369737
1794
但科學在很大程度上
06:23
But science科學 has largely大部分
been reaching到達 these insights見解
112
371555
2521
是以特設的方式達到這些見解,
06:26
in an ad廣告 hoc特別 way, one cell細胞 type類型 at a time,
113
374100
2943
一次研究一個細胞類型,
一次研究一個分子。
06:29
one molecule分子 at a time.
114
377067
1486
06:31
We wanted to make it possible可能 to learn學習
all of this quickly很快 and systematically系統.
115
379854
4731
我們想快速、有系統地了解全部。
06:37
Now, until直到 recently最近, it was the case案件
116
385673
1748
直到近期,如果你想記錄
06:39
that if you wanted to inventory庫存
all of the molecules分子
117
387445
3076
出現在部分大腦
或任何器官中的所有分子,
06:42
in a part部分 of the brain or any organ器官,
118
390545
2925
06:45
you had to first grind研磨 it up
into a kind of cellular細胞的 smoothie冰沙.
119
393494
3954
你得要先把它磨成
一種細胞奶昔。
06:50
But that's a problem問題.
120
398678
1230
但那就是問題。
06:52
As soon不久 as you've ground地面 up the cells細胞,
121
400737
2538
一旦你研磨了細胞,
你就只能研究細胞的平均內容,
06:55
you can only study研究 the contents內容
of the average平均 cell細胞 --
122
403299
3511
而不是個別的細胞。
06:58
not the individual個人 cells細胞.
123
406834
1595
07:01
Imagine想像 if you were trying to understand理解
how a big city like New York紐約 works作品,
124
409182
3709
想像一下,如果你嘗試了解
紐約般的大城市是怎樣運作 ,
但你卻只能透過檢視
關於紐約一般居民的
07:04
but you could only do so
by reviewing回顧 some statistics統計
125
412915
2542
07:07
about the average平均 resident居民 of New York紐約.
126
415481
2029
一些統計數字來了解。
07:10
Of course課程, you wouldn't不會 learn學習 very much,
127
418637
1979
當然,你無法了解非常多,
因為所有有趣、重要,
且讓人興奮的東西
07:12
because everything that's interesting有趣
and important重要 and exciting扣人心弦
128
420640
3000
都存在於多樣性
以及特別專門化當中。
07:15
is in all the diversity多樣
and the specializations.
129
423664
2732
至於我們的細胞,也是一樣的。
07:18
And the same相同 thing is true真正 of our cells細胞.
130
426420
2606
我們研究大腦想要
研究的不是細胞奶昔,
07:21
And we wanted to make it possible可能 to study研究
the brain not as a cellular細胞的 smoothie冰沙
131
429050
4750
而是細胞水果沙拉,
07:25
but as a cellular細胞的 fruit水果 salad沙拉,
132
433824
2478
07:28
in which哪一個 one could generate生成
data數據 about and learn學習 from
133
436326
2604
我們可以從每一片水果
產生資料並從中學習。
07:30
each individual個人 piece of fruit水果.
134
438954
1838
07:34
So we developed發達
a technology技術 for doing that.
135
442253
2718
所以我們開發了
一項科技來做這件事。
接下來你們會看到
一段關於它的影片。
07:36
You're about to see a movie電影 of it.
136
444995
1729
07:41
Here we're packaging打包
tens of thousands數千 of individual個人 cells細胞,
137
449477
4028
在這裡,我們把數萬個
個別的細胞包裝在一起,
成為它自己的小水滴,
07:45
each into its own擁有 tiny water droplet水滴
138
453529
2923
供它自己的分子分析用。
07:48
for its own擁有 molecular分子 analysis分析.
139
456476
2211
07:51
When a cell細胞 lands土地 in a droplet水滴,
it's greeted歡迎 by a tiny bead珠子,
140
459921
4123
當一個細胞進入一滴水,
一個小珠子會迎接它,
那個小珠子會傳遞
數百萬個 DNA 條碼分子。
07:56
and that bead珠子 delivers提供 millions百萬
of DNA脫氧核糖核酸 bar酒吧 code molecules分子.
141
464068
3694
08:01
And each bead珠子 delivers提供
a different不同 bar酒吧 code sequence序列
142
469115
3308
而每一個小珠子會傳遞
一組不同的條碼序列
給一個不同的細胞。
08:04
to a different不同 cell細胞.
143
472447
1243
08:06
We incorporate合併 the DNA脫氧核糖核酸 bar酒吧 codes代碼
144
474884
2581
我們將這 DNA 條碼併入
每一個細胞的 RNA 分子。
08:09
into each cell's細胞 RNARNA molecules分子.
145
477489
3058
RNA 分子是它在
製造的分子抄本,
08:12
Those are the molecular分子
transcripts成績單 it's making製造
146
480571
2836
內容是它工作時所用到的特定基因。
08:15
of the specific具體 genes基因
that it's using運用 to do its job工作.
147
483431
3103
08:19
And then we sequence序列 billions數十億
of these combined結合 molecules分子
148
487383
4207
接著,我們將數十億個
這類的結合分子排序,
08:24
and use the sequences序列 to tell us
149
492532
2498
用序列來告訴我們
08:27
which哪一個 cell細胞 and which哪一個 gene基因
150
495054
2602
每個分子是來自
哪個細胞及哪個基因。
08:29
every一切 molecule分子 came來了 from.
151
497680
1540
08:32
We call this approach途徑 "Drop-seqdropseq,"
because we use droplets液滴
152
500561
3292
我們把這個方法稱為
「液滴測序」,因為我們用液滴
來將細胞分離,供分析用,
08:35
to separate分離 the cells細胞 for analysis分析,
153
503877
2575
08:38
and we use DNA脫氧核糖核酸 sequences序列
to tag標籤 and inventory庫存
154
506476
3445
且我們用 DNA 序列
來做標籤和目錄,
持續追蹤所有資訊。
08:41
and keep track跟踪 of everything.
155
509945
1488
08:44
And now, whenever每當 we do an experiment實驗,
156
512727
1976
現在,每當我們做一項實驗時,
我們會分析數萬個個別細胞。
08:46
we analyze分析 tens of thousands數千
of individual個人 cells細胞.
157
514727
3243
08:51
And today今天 in this area of science科學,
158
519018
2624
現今,在這個科學領域中,
挑戰漸漸變成是在於
08:53
the challenge挑戰 is increasingly日益
how to learn學習 as much as we can
159
521666
4931
要如何用這些巨大的資料集
盡可能快一點去多了解一點資訊。
08:58
as quickly很快 as we can
160
526621
1872
09:00
from these vast廣大 data數據 sets.
161
528517
1738
09:04
When we were developing發展 Drop-seqdropseq,
people used to tell us,
162
532914
2770
當我們在開發液滴測序時,
人們會告訴我們:
「喔,這會讓你們成為每個重大的
大腦專案計畫必找的人。」
09:07
"Oh, this is going to make you guys
the go-to for every一切 major重大的 brain project項目."
163
535708
4804
我們並不是這樣看待它的。
09:13
That's not how we saw it.
164
541257
1544
人人都產生許多讓人興奮的
資料時,科學才能發揮得最好。
09:14
Science科學 is best最好 when everyone大家
is generating發電 lots of exciting扣人心弦 data數據.
165
542825
4531
09:20
So we wrote a 25-page-頁 instruction指令 book,
166
548197
3214
所以我們寫了一本
25 頁的教學手冊,
任何科學家都可以用它來從無到有
建立自家的液滴測序系統。
09:23
with which哪一個 any scientist科學家 could build建立
their own擁有 Drop-seqdropseq system系統 from scratch.
167
551435
4578
在過去兩年,
那本教學手冊的電子檔,
09:28
And that instruction指令 book has been
downloaded下載 from our lab實驗室 website網站
168
556037
3697
已經被從我們實驗室的
網站下載了五萬次。
09:31
50,000 times in the past過去 two years年份.
169
559758
2965
09:35
We wrote software軟件
that any scientist科學家 could use
170
563598
3052
我們寫了一個軟體,
任何科學家都能使用它
來分析來自液滴測序實驗的資料,
09:38
to analyze分析 the data數據
from Drop-seqdropseq experiments實驗,
171
566674
2898
且這軟體是免費的。
09:41
and that software軟件 is also free自由,
172
569596
1715
這軟體在過去兩年間已被
從我們的網站下載了三萬次。
09:43
and it's been downloaded下載 from our website網站
30,000 times in the past過去 two years年份.
173
571335
4388
09:48
And hundreds數以百計 of labs實驗室 have written書面 us
about discoveries發現 that they've他們已經 made製作
174
576328
4979
有數百間實驗室已寫信告訴我們
有關他們採用這個方法後的發現。
09:53
using運用 this approach途徑.
175
581331
1443
現今,這項科技被用來做
人類細胞的圖解導覽。
09:54
Today今天, this technology技術 is being存在 used
to make a human人的 cell細胞 atlas輿圖.
176
582798
3560
它將會是人體內
所有細胞類型的圖解導覽,
09:58
It will be an atlas輿圖 of all
of the cell細胞 types類型 in the human人的 body身體
177
586382
3354
另外還包含每一種細胞類型
在做其工作時會用到的特定基因。
10:01
and the specific具體 genes基因
that each cell細胞 type類型 uses使用 to do its job工作.
178
589760
3680
10:08
Now I want to tell you about
a second第二 challenge挑戰 that we face面對
179
596133
2876
我現在想告訴各位,
我們在嘗試將大腦轉為
大數據問題時
所面臨的第二個挑戰。
10:11
in trying to turn the brain
into a big data數據 problem問題.
180
599033
2448
10:13
And that challenge挑戰 is that
we'd星期三 like to learn學習 from the brains大腦
181
601505
3279
這個挑戰就是,我們想要從
數十萬個活人的大腦學習。
10:16
of hundreds數以百計 of thousands數千 of living活的 people.
182
604808
2444
10:19
But our brains大腦 are not physically物理
accessible無障礙 while we're living活的.
183
607998
3704
但在我們還活著的時候,
並不能實體存取我們的大腦。
10:24
But how can we discover發現 molecular分子 factors因素
if we can't hold保持 the molecules分子?
184
612895
3960
但是如果我們無法存取分子,
我們要如何發現分子因素?
10:30
An answer回答 comes from the fact事實 that
the most informative信息 molecules分子, proteins蛋白質,
185
618352
4548
答案來自一個事實:
資訊最豐富的分子,即蛋白質,
被編碼在我們的 DNA 中,
10:34
are encoded編碼 in our DNA脫氧核糖核酸,
186
622924
1782
DNA 中有指南,我們的細胞會遵照
這些指南來製造我們的蛋白質。
10:36
which哪一個 has the recipes食譜 our cells細胞 follow跟隨
to make all of our proteins蛋白質.
187
624730
4530
10:41
And these recipes食譜 vary變化
from person to person to person
188
629999
4946
這些方法因人而異,
結果造成蛋白質也會因人而異,
10:46
in ways方法 that cause原因 the proteins蛋白質
to vary變化 from person to person
189
634969
3342
確切排列的順序有所不同,
10:50
in their precise精確 sequence序列
190
638335
1787
及每種細胞製造出
每種蛋白質的量也不同。
10:52
and in how much each cell細胞 type類型
makes品牌 of each protein蛋白.
191
640146
3151
10:56
It's all encoded編碼 in our DNA脫氧核糖核酸,
and it's all genetics遺傳學,
192
644441
3393
這些都編碼在我們的
DNA 中,都是遺傳的,
但這不是我們在學校
學到的遺傳學。
10:59
but it's not the genetics遺傳學
that we learned學到了 about in school學校.
193
647858
2817
11:03
Do you remember記得 big B, little b?
194
651572
1983
你們還記得大 B 和小 b 嗎?
11:06
If you inherit繼承 big B, you get brown棕色 eyes眼睛?
195
654260
2400
如果你遺傳了大 B,
你就有褐色的眼睛?
11:09
It's simple簡單.
196
657085
1223
這很簡單。
11:11
Very few少數 traits性狀 are that simple簡單.
197
659451
3173
很少有特徵是那麼簡單的。
11:15
Even eye color顏色 is shaped成形 by much more
than a single pigment顏料 molecule分子.
198
663232
4725
即使是眼睛的顏色,也要用到
遠超過單一色素分子來形成。
11:20
And something as complex複雜
as the function功能 of our brains大腦
199
668861
4250
而我們的大腦功能複雜,
11:25
is shaped成形 by the interaction相互作用
of thousands數千 of genes基因.
200
673135
3247
由數千個基因交互作用而形成的。
這些基因都因人而異,
11:28
And each of these genes基因
varies變化 meaningfully有意義
201
676406
2340
且這些差異都是有意義的,
11:30
from person to person to person,
202
678770
1838
且我們每個人都是
那差異的獨特組合。
11:32
and each of us is a unique獨特
combination組合 of that variation變異.
203
680632
3517
11:37
It's a big data數據 opportunity機會.
204
685419
2216
這是一個大數據的機會。
11:40
And today今天, it's increasingly日益
possible可能 to make progress進展
205
688214
3176
現今,我們越來越
有可能取得進展,
達到前所未有的規模。
11:43
on a scale規模 that was never possible可能 before.
206
691414
2796
人們對遺傳研究的貢獻
11:46
People are contributing貢獻 to genetic遺傳 studies學習
207
694234
2405
屢創新高,
11:48
in record記錄 numbers數字,
208
696663
1594
11:51
and scientists科學家們 around the world世界
are sharing分享 the data數據 with one another另一個
209
699085
4087
全世界的科學家彼此分享資料,
以加速進展。
11:55
to speed速度 progress進展.
210
703196
1571
11:57
I want to tell you a short story故事
about a discovery發現 we recently最近 made製作
211
705514
3239
我想向各位講一個小故事,
內容是我們近期
在遺傳學上關於
精神分裂症的發現。
12:00
about the genetics遺傳學 of schizophrenia精神分裂症.
212
708777
1894
12:03
It was made製作 possible可能
by 50,000 people from 30 countries國家,
213
711506
4596
這個發現是由三十個國家
共五萬人的努力所達成,
他們貢獻了他們的 DNA
作精神分裂症的遺傳研究。
12:08
who contributed貢獻 their DNA脫氧核糖核酸
to genetic遺傳 research研究 on schizophrenia精神分裂症.
214
716126
4700
12:14
It had been known已知 for several一些 years年份
215
722406
2096
數年來我們已經知道一件事,
即人類基因組對於
精神分裂症風險的最大影響
12:16
that the human人的 genome's基因組的 largest最大 influence影響
on risk風險 of schizophrenia精神分裂症
216
724526
4111
是來自基因組當中
12:20
comes from a part部分 of the genome基因組
217
728661
1802
為我們免疫系統中的分子
做編碼的那一部分。
12:22
that encodes編碼 many許多 of the molecules分子
in our immune免疫的 system系統.
218
730487
3344
但我們並不清楚
是哪一個基因在負責。
12:25
But it wasn't clear明確 which哪一個 gene基因
was responsible主管.
219
733855
3034
12:29
A scientist科學家 in my lab實驗室 developed發達
a new way to analyze分析 DNA脫氧核糖核酸 with computers電腦,
220
737746
4040
我實驗室中的一位科學家開發出了
一種新方法,用電腦來分析 DNA,
且他有了很驚人的發現。
12:33
and he discovered發現 something
very surprising奇怪.
221
741810
3095
他發現一個叫做
「補體成分 4」的基因——
12:36
He found發現 that a gene基因 called
"complement補充 component零件 4" --
222
744929
3251
簡稱為「C4」——
12:40
it's called "C4" for short --
223
748204
1799
12:43
comes in dozens許多 of different不同 forms形式
in different不同 people's人們 genomes基因組,
224
751036
3889
它在不同人的基因組當中
有數十種不同的形態,
而這些不同的形態在我們的大腦中
12:46
and these different不同 forms形式
make different不同 amounts
225
754949
3197
製造出不同數量的 C4 蛋白質。
12:50
of C4 protein蛋白 in our brains大腦.
226
758170
2242
12:52
And he found發現 that the more
C4 protein蛋白 our genes基因 make,
227
760957
3985
他發現,我們的基因
製造越多的 C4 蛋白質,
我們得到精神分裂症的
風險就越高。
12:56
the greater更大 our risk風險 for schizophrenia精神分裂症.
228
764966
2112
12:59
Now, C4 is still just one risk風險 factor因子
in a complex複雜 system系統.
229
767919
4907
C4 只是一個複雜
系統中的一個風險因子。
這不是大 B,
13:04
This isn't big B,
230
772850
1989
但這是對於一個重要分子的洞見。
13:06
but it's an insight眼光 about
a molecule分子 that matters事項.
231
774863
3557
像 C4 這樣的補體蛋白質
在免疫系統中所扮演的角色,
13:11
Complement補充 proteins蛋白質 like C4
were known已知 for a long time
232
779492
3637
13:15
for their roles角色 in the immune免疫的 system系統,
233
783153
1953
我們很早就已經知道了。
在免疫系統中,
它們有點像是分子便利貼,
13:17
where they act法案 as a kind of
molecular分子 Post-it發表它 note注意
234
785130
2778
上面寫著「吃我」。
13:19
that says, "Eat me."
235
787932
1580
13:22
And that Post-it發表它 note注意
gets得到 put on lots of debris廢墟
236
790475
2667
那便利貼被貼在我們體內的
很多廢物以及死細胞上,
13:25
and dead cells細胞 in our bodies身體
237
793166
2357
13:27
and invites邀請 immune免疫的 cells細胞
to eliminate消除 them.
238
795547
2490
並會邀請免疫細胞來消滅它們。
13:30
But two colleagues同事 of mine found發現
that the C4 Post-it發表它 note注意
239
798779
3539
但我的兩位同事發現,C4 便利貼
13:35
also gets得到 put on synapses突觸 in the brain
240
803183
3298
也會被貼在大腦內的突觸上,
13:38
and prompts提示 their elimination消除.
241
806505
1864
提醒要消滅它們。
13:41
Now, the creation創建 and elimination消除
of synapses突觸 is a normal正常 part部分
242
809154
3266
突觸的創造和消滅,
本來就是人類發展
和學習的正常部分。
13:44
of human人的 development發展 and learning學習.
243
812444
1854
我們的大腦時時刻刻
都在創造和消滅突觸。
13:46
Our brains大腦 create創建 and eliminate消除
synapses突觸 all the time.
244
814322
2921
13:49
But our genetic遺傳 results結果 suggest建議
that in schizophrenia精神分裂症,
245
817921
2960
但我們的遺傳研究結果指出,
在精神分裂症的情況下,
消減的過程可能進入高速狀態。
13:52
the elimination消除 process處理
may可能 go into overdrive疲勞過度.
246
820905
3233
13:57
Scientists科學家們 at many許多 drug藥物 companies公司 tell me
they're excited興奮 about this discovery發現,
247
825185
3929
許多藥品公司的科學家告訴我,
他們對這項發現感到很興奮,
因為他們多年來一直研究
14:01
because they've他們已經 been working加工
on complement補充 proteins蛋白質 for years年份
248
829138
3239
免疫系統中的補體蛋白質,
14:04
in the immune免疫的 system系統,
249
832401
1540
對於它們如何運作,
已有不少了解。
14:05
and they've他們已經 learned學到了 a lot
about how they work.
250
833965
2206
14:08
They've他們已經 even developed發達 molecules分子
that interfere干擾 with complement補充 proteins蛋白質,
251
836885
3894
他們甚至開發出用來
干預補體蛋白質的分子,
且他們已經開始在大腦
以及免疫系統中做測試。
14:12
and they're starting開始 to test測試 them
in the brain as well as the immune免疫的 system系統.
252
840803
3607
14:17
It's potentially可能 a path路徑 toward a drug藥物
that might威力 address地址 a root cause原因
253
845124
4721
這是種潛在的方法,
或能做出治本的藥物,
而不只是治療個別的症狀。
14:21
rather than an individual個人 symptom症狀,
254
849869
2649
14:24
and we hope希望 very much that this work
by many許多 scientists科學家們 over many許多 years年份
255
852542
4048
我們非常希望這項由許多科學家
努力了許多年的研究
能夠成功。
14:28
will be successful成功.
256
856614
1152
14:31
But C4 is just one example
257
859689
3014
但 C4 只是一個例子,
說明的確有可能用資料導向的方法
14:34
of the potential潛在 for data-driven數據驅動
scientific科學 approaches方法
258
862727
3112
來為存在數百年的
醫學問題開拓新領域。
14:37
to open打開 new fronts戰線 on medical problems問題
that are centuries百年 old.
259
865863
3903
14:42
There are hundreds數以百計 of places地方
in our genomes基因組
260
870144
2745
在我們的基因組當中,
有數百個地方
會左右得到大腦疾病的風險,
14:44
that shape形狀 risk風險 for brain illnesses疾病,
261
872913
2585
其中任何一個地方,
都可以引導我們
14:47
and any one of them could lead us
to the next下一個 molecular分子 insight眼光
262
875522
4066
對於重要的分子產生新的洞見。
14:51
about a molecule分子 that matters事項.
263
879612
2020
有數百種細胞類型會
以不同的組合方式使用這些基因。
14:53
And there are hundreds數以百計 of cell細胞 types類型 that
use these genes基因 in different不同 combinations組合.
264
881656
3987
由於我們和其他科學家努力
14:57
As we and other scientists科學家們
work to generate生成
265
885667
2069
產生出其他需要的資料,
14:59
the rest休息 of the data數據 that's needed需要
266
887760
2069
並盡可能多了解那些資料,
15:01
and to learn學習 all that we can
from that data數據,
267
889853
2393
我們希望能夠開拓更多的新領域。
15:04
we hope希望 to open打開 many許多 more new fronts戰線.
268
892270
2403
15:08
Genetics遺傳學 and single-cell單細胞 analysis分析
are just two ways方法
269
896483
5079
遺傳學和單細胞分析
只是嘗試將大腦
轉為大數據問題的兩種方式。
15:13
of trying to turn the brain
into a big data數據 problem問題.
270
901586
3767
15:18
There is so much more we can do.
271
906424
2159
我們能做的還有更多。
15:21
Scientists科學家們 in my lab實驗室
are creating創建 a technology技術
272
909235
3074
我實驗室中的科學家
正在創造一項科技,
快速配對大腦中的突觸連結,
15:24
for quickly很快 mapping製圖 the synaptic突觸
connections連接 in the brain
273
912333
3196
來判斷哪些神經元
在和哪些其他神經元交談,
15:27
to tell which哪一個 neurons神經元 are talking
to which哪一個 other neurons神經元
274
915553
2938
以及在一生中或在生病期間
這些對談會如何改變。
15:30
and how that conversation會話 changes變化
throughout始終 life and during illness疾病.
275
918515
3996
15:35
And we're developing發展 a way
to test測試 in a single tube
276
923467
4520
我們正在開發一種方式,
在單管中做測試,
針對數百個不同的人的基因組,
15:40
how cells細胞 with hundreds數以百計
of different不同 people's人們 genomes基因組
277
928011
2718
來了解在相同的刺激下
不同基因組的細胞會有何不同的反應。
15:42
respond響應 differently不同 to the same相同 stimulus刺激物.
278
930753
2170
15:46
These projects項目 bring帶來 together一起
people with diverse多種 backgrounds背景
279
934248
4903
這些專案計畫匯聚了各種人,
他們有不同的背景、
訓練,及興趣——
15:51
and training訓練 and interests利益 --
280
939175
2493
生物學、電腦、化學、
15:53
biology生物學, computers電腦, chemistry化學,
math數學, statistics統計, engineering工程.
281
941692
5877
數學、統計學、工程學。
16:00
But the scientific科學 possibilities可能性
rally團結 people with diverse多種 interests利益
282
948205
4232
但科學的可能性把各種興趣的人
集合起來一起認真地工作。
16:04
into working加工 intensely激烈 together一起.
283
952461
2235
16:08
What's the future未來
that we could hope希望 to create創建?
284
956871
2551
我們希望能創造怎樣的未來?
16:12
Consider考慮 cancer癌症.
285
960267
1350
想想癌症。
16:14
We've我們已經 moved移動 from an era時代 of ignorance無知
about what causes原因 cancer癌症,
286
962193
3922
我們從一個對癌症
成因無知的時代——
把癌症普遍地歸因於
16:18
in which哪一個 cancer癌症 was commonly常用 ascribed衝高
to personal個人 psychological心理 characteristics特點,
287
966139
6988
個人心理特徵,
16:26
to a modern現代 molecular分子 understanding理解
of the true真正 biological生物 causes原因 of cancer癌症.
288
974238
5395
到現今,我們對於癌症的真正
生物的成因有分子層面的了解。
16:32
That understanding理解 today今天
leads引線 to innovative創新 medicine醫學
289
980100
3074
現今這樣的了解,
帶來了醫學上持續不斷的創新,
16:35
after innovative創新 medicine醫學,
290
983198
1696
雖然還有很多工作要做,
16:36
and although雖然 there's still
so much work to do,
291
984918
2839
16:39
we're already已經 surrounded包圍 by people
who have been cured治愈 of cancers癌症
292
987781
3394
但我們身邊有很多人
經已戰勝癌症康復過來,
在上個世代,他們的狀況
會被認為是無法醫治的。
16:43
that were considered考慮 untreatable不可治愈
a generation ago.
293
991199
3269
16:48
And millions百萬 of cancer癌症 survivors倖存者
like my sister妹妹
294
996254
3376
數百萬個像我姐姐般的
癌症存活者,
不再會把他們餘生
視為理所當然,
16:51
find themselves他們自己 with years年份 of life
that they didn't take for granted理所當然
295
999654
4401
他們也會找到工作、
16:56
and new opportunities機會
296
1004079
1769
喜悅,以及與人連結的新契機,
16:57
for work and joy喜悅 and human人的 connection連接.
297
1005872
3930
17:03
That is the future未來 that we are determined決心
to create創建 around mental心理 illness疾病 --
298
1011358
4378
我們很有決心想要為
心理疾病創造這樣的未來——
17:08
one of real真實 understanding理解 and empathy同情
299
1016581
4119
一個會有真正的了解、同理心,
及無限的可能性的未來。
17:12
and limitless無限 possibility可能性.
300
1020724
1816
17:15
Thank you.
301
1023159
1190
謝謝。
(掌聲)
17:16
(Applause掌聲)
302
1024374
4062
Translated by Lilian Chiu
Reviewed by congmei Han

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ABOUT THE SPEAKER
Steve McCarroll - Geneticist
Steve McCarroll is conducting groundbreaking research on the causes of mental illness.

Why you should listen

Steve McCarroll and the scientists in his lab use human genetics, molecular biology and engineering to create new ways of studying the human brain, reveal the ways in which genomes vary from person to person and discover the molecular and cellular processes that underlie brain illness. McCarroll and his team at Harvard have linked schizophrenia to specific gene variations that recruit immune molecules into "pruning" synapses in the brain, a discovery that is leading toward new ways of thinking about the biological basis of schizophrenia and new approaches for discovering medicines.

Prior to leading his lab, McCarroll earned his PhD in neuroscience at the University of California, San Francisco. He is also currently serving as Director of Genetics for the Broad Institute's Stanley Center for Psychiatric Research.

More profile about the speaker
Steve McCarroll | Speaker | TED.com