Ed Boyden: een lichtschakelaar voor neuronen
-
0:00 - 0:02Denk eens even na over je dag.
-
0:02 - 0:05Je werd wakker en voelde de frisse lucht op je gezicht toen je de deur uitliep.
-
0:05 - 0:07Je ontmoette nieuwe collega's, voerde interessante discussies
-
0:07 - 0:09en voelde ontzag als je iets nieuws had gevonden.
-
0:09 - 0:11Maar ik wed dat er iets is waar je vandaag niet aan dacht -
-
0:11 - 0:13iets zo dicht bij huis
-
0:13 - 0:15dat je er waarschijnlijk helemaal niet vaak aan denkt.
-
0:15 - 0:17Dat is dat alle sensaties, gevoelens,
-
0:17 - 0:19beslissingen en acties verlopen
-
0:19 - 0:21via die computer in je hoofd:
-
0:21 - 0:23de hersenen.
-
0:23 - 0:25Van buiten af bekeken hebben de hersenen hun uiterlijk niet mee -
-
0:25 - 0:27een goede kilo vormeloos,
-
0:27 - 0:29roze-grijs vlees.
-
0:29 - 0:31De laatste honderd jaar van neurowetenschappelijke ontwikkeling
-
0:31 - 0:33hebben ons in staat gesteld om in te zoomen op de hersenen
-
0:33 - 0:35en de complexiteit ervan te zien.
-
0:35 - 0:37We weten nu dat de hersenen
-
0:37 - 0:39een ongelooflijk ingewikkeld netwerk zijn,
-
0:39 - 0:43opgebouwd uit honderden miljarden cellen, neuronen genaamd.
-
0:43 - 0:46In tegenstelling tot een door de mens ontworpen computer,
-
0:46 - 0:48waar er een vrij klein aantal verschillende onderdelen zijn -
-
0:48 - 0:51waarvan we weten hoe ze werken, omdat mensen hen ontwierpen -
-
0:51 - 0:54bestaan de hersenen uit duizenden verschillende soorten cellen,
-
0:54 - 0:56misschien wel tienduizenden.
-
0:56 - 0:58In allerlei verschillende vormen en opgebouwd uit verschillende moleculen.
-
0:58 - 1:01Ze zijn gericht op en verbonden met de verschillende hersengebieden.
-
1:01 - 1:04Hun werking verandert ook op verschillende manieren bij verschillende ziektebeelden.
-
1:04 - 1:06Laten we het concreet maken.
-
1:06 - 1:08Er bestaat een klasse van cellen,
-
1:08 - 1:11vrij kleine cellen, inhiberende cellen, die hun buren stilleggen.
-
1:11 - 1:15Het is één van de soort cellen die geatrofieerd lijken te zijn bij ziekten als schizofrenie.
-
1:15 - 1:17Ze heten korfcellen.
-
1:17 - 1:19Een korfcel is een van de duizenden soorten cellen
-
1:19 - 1:21die we bestuderen.
-
1:21 - 1:23Elke dag worden er nieuwe ontdekt.
-
1:23 - 1:25Een tweede voorbeeld:
-
1:25 - 1:27deze piramidale cellen, grote cellen,
-
1:27 - 1:29kunnen een aanzienlijk deel van de hersenen omvatten.
-
1:29 - 1:31Ze sturen prikkels uit.
-
1:31 - 1:33Dit zijn enkele van de cellen
-
1:33 - 1:36die overactief kunnen zijn bij aandoeningen zoals epilepsie.
-
1:36 - 1:38Elk van deze cellen
-
1:38 - 1:41is een ongelooflijk elektrisch apparaat.
-
1:41 - 1:43Zij ontvangen invoer van duizenden partners hogerop
-
1:43 - 1:46en berekenen hun eigen elektrische uitvoerdata,
-
1:46 - 1:48die vervolgens, als ze een bepaalde drempelwaarde overschrijden,
-
1:48 - 1:50naar duizenden lagere partners zullen gaan.
-
1:50 - 1:53Dit proces, dat slechts één milliseconde of zo in beslag neemt,
-
1:53 - 1:55gebeurt duizenden keren per minuut
-
1:55 - 1:57in elk van je 100 miljard cellen.
-
1:57 - 1:59Zo lang je leeft,
-
1:59 - 2:02denkt en voelt.
-
2:02 - 2:05Hoe gaan we nu erachter komen wat dit netwerk doet?
-
2:05 - 2:07Idealiter zouden we het netwerk kunnen nagaan,
-
2:07 - 2:10verschillende soorten cellen in- en uitschakelen
-
2:10 - 2:12en zien of we kunnen achterhalen
-
2:12 - 2:14welke een bijdrage leveren aan bepaalde functies
-
2:14 - 2:16en welke in de fout gaan bij bepaalde pathologieën.
-
2:16 - 2:19Als we cellen zouden kunnen activeren, konden we zien welke effecten zij kunnen veroorzaken,
-
2:19 - 2:21wat ze kunnen in gang zetten en in stand houden.
-
2:21 - 2:23Als we ze konden uitschakelen,
-
2:23 - 2:25dan konden we proberen uit te vissen wat hun functie is.
-
2:25 - 2:28Daarover ga ik het vandaag hebben.
-
2:28 - 2:31De afgelopen 11 jaar zijn we bezig geweest
-
2:31 - 2:33met het zoeken naar een manier om
-
2:33 - 2:35netwerken, cellen, routes en delen van de hersenen
-
2:35 - 2:37aan en uit te schakelen.
-
2:37 - 2:39Dit zowel om de wetenschap ervan te begrijpen
-
2:39 - 2:42als om enkele van de problemen, waarmee wij mensen
-
2:42 - 2:45geconfronteerd worden, te lijf te gaan.
-
2:45 - 2:48Voordat ik wat ga vertellen over de technologie,
-
2:48 - 2:51het slechte nieuws is dat een belangrijk deel van ons in deze zaal,
-
2:51 - 2:53als we lang genoeg leven,
-
2:53 - 2:55misschien zal te maken krijgen met een hersenaandoening.
-
2:55 - 2:57Al één miljard mensen
-
2:57 - 2:59hebben een hersenaandoening gehad,
-
2:59 - 3:01die hen ernstig beperkt.
-
3:01 - 3:03De cijfers alleen vertellen niet alles.
-
3:03 - 3:05Deze aandoeningen - schizofrenie, Alzheimer,
-
3:05 - 3:07depressie, verslaving -
-
3:07 - 3:10verkorten niet alleen ons leven, ze veranderen wie we zijn.
-
3:10 - 3:12Ze beroven ons van onze identiteit en veranderen onze emoties -
-
3:12 - 3:15en veranderen wie we zijn als mensen.
-
3:15 - 3:18In de 20e eeuw was er enige hoop
-
3:18 - 3:21door de ontwikkeling van geneesmiddelen
-
3:21 - 3:24voor de behandeling van hersenaandoeningen.
-
3:24 - 3:27Er werden veel medicijnen ontwikkeld
-
3:27 - 3:29om de symptomen van hersenaandoeningen te verlichten.
-
3:29 - 3:32Maar vrijwel geen enkele van die ziektes kon genezen worden.
-
3:32 - 3:35Voor een deel doordat we de hersenen overspoelen met het medicijn.
-
3:35 - 3:37Dit uitgebreide netwerk,
-
3:37 - 3:39bestaande uit duizenden verschillende soorten cellen,
-
3:39 - 3:41wordt overspoeld met een stof.
-
3:41 - 3:43Dat is ook de reden waarom misschien het grootste deel
-
3:43 - 3:46van de geneesmiddelen op de markt ernstige bijwerkingen vertonen.
-
3:46 - 3:49Sommige mensen vonden wat verlichting door
-
3:49 - 3:52elektrische stimulatoren, geïmplanteerd in hun hersenen.
-
3:52 - 3:54Voor de ziekte van Parkinson en
-
3:54 - 3:56cochleaire implantaten
-
3:56 - 3:58zijn ze inderdaad in staat geweest
-
3:58 - 4:00een remedie te vormen
-
4:00 - 4:02voor mensen met bepaalde ziekten.
-
4:02 - 4:04Maar elektriciteit gaat in alle richtingen,
-
4:04 - 4:06volgt de weg van de minste weerstand -
-
4:06 - 4:08dat is waar die uitdrukking, voor een deel, vandaan komt.
-
4:08 - 4:11Ze zal ook invloed hebben op de normale netwerken zowel als op de abnormale,
-
4:11 - 4:13die je wil herstellen. We komen terug bij het idee
-
4:13 - 4:15van ultra-nauwkeurige controle.
-
4:15 - 4:18Zouden we informatie precies kunnen sturen naar waar we willen dat ze gaat?
-
4:19 - 4:23Toen ik 11 jaar geleden in de neurowetenschappen begon,
-
4:23 - 4:26was ik opgeleid als elektrotechnisch ingenieur en natuurkundige.
-
4:26 - 4:28Het eerste wat ik dacht was:
-
4:28 - 4:30als deze neuronen elektrische apparaten zijn,
-
4:30 - 4:32is de opdracht een manier vinden
-
4:32 - 4:34om die elektrische veranderingen van op afstand te sturen.
-
4:34 - 4:36Als we de elektriciteit in één bepaalde cel konden aanzetten,
-
4:36 - 4:38maar niet zijn buren, dan hadden we het gereedschap
-
4:38 - 4:41om deze verschillende cellen te activeren en uit te schakelen.
-
4:41 - 4:43Zo zouden we erachter kunnen komen wat ze doen en wat hun rol is
-
4:43 - 4:45in de netwerken waar ze zijn ingebed.
-
4:45 - 4:47Ook zou het ons in staat stellen om ultra-nauwkeurige controle
-
4:47 - 4:50uit te oefenen om foute netwerkberekeningen
-
4:50 - 4:52te herstellen.
-
4:52 - 4:54Hoe gaan we dat doen?
-
4:54 - 4:56Er bestaan tal van moleculen in de natuur
-
4:56 - 4:59die in staat zijn om licht om te zetten in elektriciteit.
-
4:59 - 5:01Je kan ze beschouwen als kleine eiwitmoleculen
-
5:01 - 5:03die werken als zonnecellen.
-
5:03 - 5:06Als we deze moleculen in neuronen kunnen inbouwen,
-
5:06 - 5:09dan worden deze neuronen elektrisch aanstuurbaar met licht.
-
5:09 - 5:12Maar niet hun buren, die niet over het molecuul beschikken.
-
5:12 - 5:14Er is nog een andere magische truc nodig om dit allemaal
-
5:14 - 5:17te laten gebeuren: hoe krijg je licht in de hersenen?
-
5:17 - 5:20Dat kan - hersenen voelen geen pijn - door
-
5:20 - 5:22gebruik te maken van alle uitvindingen
-
5:22 - 5:24gedaan voor het internet, communicatie enzovoort -
-
5:24 - 5:26zoals optische vezels verbonden met lasers.
-
5:26 - 5:28Die kan je gebruiken om in diermodellen
-
5:28 - 5:30in preklinische studies,
-
5:30 - 5:32deze neuronen te activeren om te zien wat ze doen.
-
5:32 - 5:34Hoe doen we dit nu?
-
5:34 - 5:36Rond 2004, in samenwerking met
-
5:36 - 5:38Gerhard Nagel en Karl Deisseroth,
-
5:38 - 5:40kwam deze visie tot bloei.
-
5:40 - 5:43Er bestaan algen die naar het licht
-
5:43 - 5:45moeten kunnen navigeren
-
5:45 - 5:47voor een optimale fotosynthese.
-
5:47 - 5:49Het licht wordt opgevangen met een klein oogvlekje,
-
5:49 - 5:52dat een beetje als ons eigen oog werkt.
-
5:52 - 5:54In het membraan aan de buitenkant
-
5:54 - 5:57zitten kleine eiwitten
-
5:57 - 6:00die licht in elektriciteit kunnen omzetten.
-
6:00 - 6:03Deze moleculen worden kanaalrhodopsinen genoemd.
-
6:03 - 6:06Deze eiwitten werken een beetje als zonnecellen.
-
6:06 - 6:09Wanneer er blauw licht op valt, gaat er een klein gaatje open.
-
6:09 - 6:11Dat laat geladen deeltjes binnen in de oogvlek.
-
6:11 - 6:13Daardoor kan deze oogvlek een elektrisch signaal afgeven
-
6:13 - 6:16net zoals een zonnecel een batterij kan opladen.
-
6:16 - 6:18Op de een of andere manier moeten we deze moleculen
-
6:18 - 6:20in neuronen weten te installeren.
-
6:20 - 6:22Omdat het een eiwit is,
-
6:22 - 6:25zit het in het DNA van dit organisme gecodeerd.
-
6:25 - 6:27Alles wat we moeten doen is dat DNA eruit halen,
-
6:27 - 6:30het inbouwen in een gentherapie-vector, zoals een virus,
-
6:30 - 6:33en het overbrengen naar de neuronen.
-
6:33 - 6:36Het was een zeer productieve tijd in de gentherapie,
-
6:36 - 6:38er waren veel virussen beschikbaar.
-
6:38 - 6:40Het bleek heel eenvoudig om te doen.
-
6:40 - 6:43We probeerden het vroeg in de ochtend op een zomerdag in 2004
-
6:43 - 6:45en het werkte bij de eerste poging.
-
6:45 - 6:48Je neemt dit DNA en je plaatst het in een neuron.
-
6:48 - 6:51Het neuron maakt gebruik van zijn natuurlijke eiwitproductiemachinerie
-
6:51 - 6:53om deze kleine lichtgevoelige eiwitten te fabriceren
-
6:53 - 6:55en ze over de hele cel te installeren,
-
6:55 - 6:57bijna als zonnepanelen op een dak.
-
6:57 - 6:59Voor je het weet,
-
6:59 - 7:01heb je een neuron dat kan worden geactiveerd met licht.
-
7:01 - 7:03Dit is een zeer krachtig hulpmiddel.
-
7:03 - 7:05Je moet er wel achter zien te komen
-
7:05 - 7:07hoe je deze genen aan de juiste cellen aflevert
-
7:07 - 7:09en niet aan alle andere buren.
-
7:09 - 7:11Dat kan. Je kan de virussen zo instellen
-
7:11 - 7:13dat ze slechts op enkele cellen inwerken en op andere niet.
-
7:13 - 7:15Er zijn nog andere genetische trucs die je kan bovenhalen
-
7:15 - 7:18om door licht geactiveerde cellen te krijgen.
-
7:18 - 7:22Dit onderzoeksveld is nu bekend komen te staan als optogenetica.
-
7:22 - 7:24Een voorbeeld hiervan is:
-
7:24 - 7:26een van deze virussen gebruiken
-
7:26 - 7:28om zijn gen alleen maar in één soort cel
-
7:28 - 7:31van zo'n dicht netwerk af te leveren.
-
7:31 - 7:33Als je dan licht op het gehele netwerk laat vallen,
-
7:33 - 7:35zal enkel dat celtype worden geactiveerd.
-
7:35 - 7:38Bijvoorbeeld zo'n korfcel waar ik het daarstraks over had -
-
7:38 - 7:40die atrofieert bij schizofrenie -
-
7:40 - 7:42en die een remmende functie heeft.
-
7:42 - 7:44Als we dat gen kunnen leveren aan deze cellen -
-
7:44 - 7:47en hun functie niet zal gewijzigd worden door de expressie van het gen, natuurlijk -
-
7:47 - 7:50en vervolgens blauw licht over het hele hersenennetwerk laten schijnen,
-
7:50 - 7:52dan zullen alleen deze cellen worden geactiveerd.
-
7:52 - 7:54Als het licht wordt uitgeschakeld, gaan deze cellen terug naar de rusttoestand.
-
7:54 - 7:57Daar lijken ze niet afkerig van te zijn.
-
7:57 - 7:59Je kan dit niet alleen gebruiken om te onderzoeken wat deze cellen doen of
-
7:59 - 8:01wat hun rekenvermogen is in de hersenen.
-
8:01 - 8:03Je zou dit ook kunnen gebruiken om erachter te komen
-
8:03 - 8:05of we misschien de activiteit van deze cellen kunnen opdrijven,
-
8:05 - 8:07als ze daadwerkelijk geatrofieerd zijn.
-
8:07 - 8:09Ik ga jullie een paar voorbeelden geven
-
8:09 - 8:11over hoe we dit toepassen
-
8:11 - 8:14zowel op de wetenschappelijke, klinische als preklinische niveaus.
-
8:14 - 8:16Een van de vragen waarmee we te maken hebben is:
-
8:16 - 8:19wat zijn de signalen in de hersenen die het gevoel van beloning oproepen?
-
8:19 - 8:21Want als je die zou kunnen vinden, zouden dat een aantal
-
8:21 - 8:23van de signalen zijn die het leren konden aansturen.
-
8:23 - 8:25De hersenen zullen meer gaan doen van wat die beloning veroorzaakte.
-
8:25 - 8:28Ook zijn dit de signalen die fout gaan bij stoornissen zoals verslaving.
-
8:28 - 8:30Als we konden achterhalen welke cellen dat zijn,
-
8:30 - 8:32kunnen we misschien nieuwe targets vinden waarvoor
-
8:32 - 8:34geneesmiddelen kunnen worden ontworpen of tegen afgeschermd worden.
-
8:34 - 8:36Misschien vinden we zo plaatsen waar elektroden kunnen worden ingebracht
-
8:36 - 8:39bij mensen met een zeer ernstige invaliditeit.
-
8:39 - 8:41Daarvoor vonden we een zeer eenvoudig paradigma
-
8:41 - 8:43in samenwerking met de Fiorella groep.
-
8:43 - 8:45Als het dier naar de ene kant van dit kleine doosje gaat,
-
8:45 - 8:47krijgt het een lichtpuls om verschillende cellen
-
8:47 - 8:49in de hersenen gevoelig te maken voor licht.
-
8:49 - 8:51Als deze cellen een beloning kunnen bemiddelen,
-
8:51 - 8:53dan zal het dier daar meer en meer naartoe gaan.
-
8:53 - 8:55Dat is wat er gebeurt.
-
8:55 - 8:57Dit dier gaat naar de rechterkant en steekt daar zijn neus in.
-
8:57 - 8:59Telkens krijgt hij een flits van blauw licht.
-
8:59 - 9:01Hij zal dat honderden keren herhalen.
-
9:01 - 9:03Dit zijn de dopamineneuronen,
-
9:03 - 9:05jullie misschien bekend als de pleziercentra van de hersenen.
-
9:05 - 9:07We hebben aangetoond dat een korte activering ervan
-
9:07 - 9:09genoeg is om het leren te bevorderen.
-
9:09 - 9:11We kunnen het idee veralgemenen.
-
9:11 - 9:13In plaats van op één punt in de hersenen te werken,
-
9:13 - 9:15kunnen we apparaten bedenken die het ganse brein omvatten,
-
9:15 - 9:17die licht kunnen leveren in driedimensionale patronen -
-
9:17 - 9:19rijen optische vezels,
-
9:19 - 9:21elk gekoppeld aan zijn eigen onafhankelijke miniatuurlichtbron.
-
9:21 - 9:23We kunnen proberen om dingen in vivo te doen
-
9:23 - 9:26die tot op vandaag alleen in een schaaltje gedaan werden -
-
9:26 - 9:28zoals 'high-throughput screening' in het hele brein voor de signalen
-
9:28 - 9:30die aanleiding kunnen geven tot bepaalde gebeurtenissen.
-
9:30 - 9:32Of ze zouden goede klinische targets kunnen worden
-
9:32 - 9:34voor de behandeling van hersenaandoeningen.
-
9:34 - 9:36Een ander voorbeeld gaat over hoe we targets kunnen vinden
-
9:36 - 9:39voor de behandeling van posttraumatische stressstoornis -
-
9:39 - 9:42een vorm van ongecontroleerde angst en vrees.
-
9:42 - 9:44We gingen uit van
-
9:44 - 9:47een zeer klassiek model van angst.
-
9:47 - 9:50Dit gaat terug tot de tijd van Pavlov.
-
9:50 - 9:52Het heet Pavlov vreesconditionering -
-
9:52 - 9:54hier eindigt een toon met een korte schok.
-
9:54 - 9:56De schok is niet echt pijnlijk maar wel wat vervelend.
-
9:56 - 9:58Geleidelijk aan - in dit geval, een muis,
-
9:58 - 10:00een goed diermodel, vaak gebruikt in dergelijke experimenten -
-
10:00 - 10:02leert het dier de toon te vrezen.
-
10:02 - 10:04Het dier zal reageren door te verstijven,
-
10:04 - 10:06zoals een hert voor de koplampen van een auto.
-
10:06 - 10:09Welke targets vinden we nu in de hersenen
-
10:09 - 10:11om deze angst te overwinnen?
-
10:11 - 10:13We spelen de toon opnieuw af
-
10:13 - 10:15nadat hij in verband is gebracht met angst.
-
10:15 - 10:17We activeren verschillende targets in de hersenen
-
10:17 - 10:20met behulp van die glasvezelrijen waarover ik het in de vorige dia had.
-
10:20 - 10:22We proberen zo uit te zoeken welke targets
-
10:22 - 10:25de hersenen die herinnering van angst kunnen doen overwinnen.
-
10:25 - 10:27Deze korte video toont jullie een
-
10:27 - 10:29van deze targets waar we nu aan werken. Het is een gebied in
-
10:29 - 10:31de prefrontale cortex, een gebied waar we cognitie
-
10:31 - 10:34kunnen gebruiken om aversieve emotionele toestanden te overwinnen.
-
10:34 - 10:36Het dier hoort een toon - en dan komt er een lichtflits.
-
10:36 - 10:38Er is geen geluid bij deze video maar je ziet het dier verstijven.
-
10:38 - 10:40Deze toon betekende slecht nieuws.
-
10:40 - 10:42In de linkerbenedenhoek is er een klokje te zien,
-
10:42 - 10:45zodat je kunt zien dat het dier daar ongeveer twee minuten in blijft.
-
10:45 - 10:47Deze volgende clip
-
10:47 - 10:49is slechts acht minuten later.
-
10:49 - 10:52Dezelfde toon is te horen en het licht gaat weer flitsen.
-
10:52 - 10:55Oke, daar komt het. Nu.
-
10:55 - 10:58Nu kan je zien dat na een experiment van slechts 10 minuten,
-
10:58 - 11:01we erin geslaagd zijn het brein de uiting
-
11:01 - 11:03van deze angstherinnering te laten overwinnen,
-
11:03 - 11:05door dit gebied te fotoactiveren.
-
11:05 - 11:08De afgelopen jaren lag onze focus op de boom des levens,
-
11:08 - 11:11omdat we zochten naar manieren om netwerken in de hersenen uit te schakelen.
-
11:11 - 11:14Als we dat konden doen, zou dit een zeer krachtige methode zijn.
-
11:14 - 11:17Als je cellen een paar milliseconden of seconden kunt uitschakelen,
-
11:17 - 11:19kun je uitzoeken welke noodzakelijke rol ze spelen
-
11:19 - 11:21in de netwerken waarin ze zijn opgenomen.
-
11:21 - 11:23We hebben nu organismen uit alle delen van de boom des levens onderzocht -
-
11:23 - 11:26Ieder koninkrijk van het leven, behalve voor dieren, toont iets anders.
-
11:26 - 11:29We vonden allerlei moleculen zoals halorhodopsinen of archaerhodopsinen
-
11:29 - 11:31die reageren op groen en geel licht.
-
11:31 - 11:33Ze doen net het tegenovergestelde dan het molecuul waar ik eerder over vertelde
-
11:33 - 11:36met de blauw-lichtactivator kanaalrhodopsine.
-
11:37 - 11:40Ik geef een voorbeeld van waar we denken dat dit naartoe gaat.
-
11:40 - 11:43Denk bijvoorbeeld aan een aandoening zoals epilepsie,
-
11:43 - 11:45waar de hersenen overactief zijn.
-
11:45 - 11:47Als medicijnen niet werken bij epileptische behandeling, bestaat
-
11:47 - 11:49een van de strategieën erin een deel van de hersenen te verwijderen.
-
11:49 - 11:51Dat is natuurlijk onomkeerbaar en er kunnen bijwerkingen optreden.
-
11:51 - 11:54Wat als we de hersenen alleen maar voor een korte tijd konden uitschakelen
-
11:54 - 11:57totdat de aanval zou uitsterven?
-
11:57 - 12:00Dan konden de hersenen misschien in hun oorspronkelijke staat worden hersteld -
-
12:00 - 12:03net zoals een dynamisch systeem dat teruggebracht wordt tot een stabiele toestand.
-
12:03 - 12:06Deze animatie probeert dit concept uit te leggen.
-
12:06 - 12:08We hebben deze cellen gevoelig gemaakt om uitgeschakeld te worden met licht.
-
12:08 - 12:10We bestralen met licht
-
12:10 - 12:12en hopen, zolang de aanval duurt,
-
12:12 - 12:14de cellen uit te kunnen schakelen.
-
12:14 - 12:16We hebben hierover nog geen gegevens
-
12:16 - 12:18maar we zijn erg enthousiast.
-
12:18 - 12:20Ik wil afsluiten met nog een voorbeeld,
-
12:20 - 12:22waarvan wij denken dat het nog een andere mogelijkheid is.
-
12:22 - 12:24Misschien kunnen deze moleculen, als je ze ultra-nauwkeurig kunt controleren,
-
12:24 - 12:26gebruikt worden in de hersenen zelf
-
12:26 - 12:29om een nieuw soort prothese, een optische prothese, te maken.
-
12:29 - 12:32Ik heb je al verteld dat elektrische stimulatoren niet ongewoon zijn.
-
12:32 - 12:35Bij 75.000 mensen werd een Parkinson-deep-brainstimulator geïmplanteerd.
-
12:35 - 12:37Misschien 100.000 mensen hebben al cochleaire implantaten
-
12:37 - 12:39die hen in staat stellen om te horen.
-
12:39 - 12:42Nog een probleem is dat je deze genen in de cellen moet krijgen.
-
12:42 - 12:45Er is nieuwe hoop op gentherapie
-
12:45 - 12:47omdat virussen zoals het adeno-geassocieerd virus,
-
12:47 - 12:49waarvan de meesten van ons waarschijnlijk drager zijn,
-
12:49 - 12:51en dat geen symptomen geeft,
-
12:51 - 12:53bij honderden patiënten is aangewend
-
12:53 - 12:55om genen in de hersenen of het lichaam af te leveren.
-
12:55 - 12:57Tot nu toe zijn er geen ernstige bijwerkingen
-
12:57 - 12:59geassocieerd met dit virus.
-
12:59 - 13:02Er is nog een laatste olifant in de kamer, de eiwitten zelf,
-
13:02 - 13:04die afkomstig zijn van algen, bacteriën, schimmels
-
13:04 - 13:06en uit de rest van de boom des levens.
-
13:06 - 13:08Wij hebben geen schimmels of algen in onze hersenen.
-
13:08 - 13:10Wat gaan onze hersenen doen als we die erin brengen?
-
13:10 - 13:12Gaan de cellen het verdragen? Zal het immuunsysteem reageren?
-
13:12 - 13:14We zijn nog maar in het beginstadium, dit is nog niet op mensen uitgetest.
-
13:14 - 13:16We werken aan een groot aantal studies
-
13:16 - 13:18om dit uit te proberen en te onderzoeken.
-
13:18 - 13:21Tot nu toe hebben we nog geen duidelijke reacties van enige ernst
-
13:21 - 13:23op deze moleculen gezien
-
13:23 - 13:26of van de bestraling van de hersenen met licht.
-
13:26 - 13:29Het is nog te vroeg om besluiten te trekken, maar we zijn er erg enthousiast over.
-
13:29 - 13:31Ik wilde afsluiten met een verhaal
-
13:31 - 13:33waarvan wij denken dat het zou kunnen
-
13:33 - 13:35leiden tot een klinische toepassing.
-
13:35 - 13:37Er zijn vele vormen van blindheid
-
13:37 - 13:39waarbij de fotoreceptoren,
-
13:39 - 13:42onze lichtsensoren aan de achterkant van ons oog, zijn verdwenen.
-
13:42 - 13:44Het netvlies is uiteraard een complexe structuur.
-
13:44 - 13:46Laten we nu hier op inzoomen, zodat we het meer in detail kunnen zien.
-
13:46 - 13:49De fotoreceptorcellen zitten bovenaan.
-
13:49 - 13:51Vervolgens worden de signalen gedetecteerd door de fotoreceptoren
-
13:51 - 13:53en getransformeerd via verschillende berekeningen.
-
13:53 - 13:56Uiteindelijk gaat de laag cellen aan de onderkant, de ganglioncellen,
-
13:56 - 13:58de informatie naar de hersenen doorgeven.
-
13:58 - 14:00Daar komt de waarneming tot stand.
-
14:00 - 14:03In veel vormen van blindheid, zoals retinitis pigmentosa,
-
14:03 - 14:05of maculadegeneratie,
-
14:05 - 14:08zijn de fotoreceptorcellen geatrofieerd of vernietigd.
-
14:08 - 14:10Hoe kan je dit repareren?
-
14:10 - 14:13Het is zelfs niet eens duidelijk of een geneesmiddel dit zou kunnen herstellen,
-
14:13 - 14:15omdat er niets is waar het medicijn zich aan kan binden.
-
14:15 - 14:17Aan de andere kant kan het licht nog steeds in het oog binnendringen.
-
14:17 - 14:20Het oog is nog steeds transparant en licht kan erin.
-
14:20 - 14:23Wat zou er gebeuren als we deze kanaalrhodopsinen en andere moleculen
-
14:23 - 14:25zouden installeren op een aantal van deze andere reservecellen
-
14:25 - 14:27en er kleine camera's van maken?
-
14:27 - 14:29Omdat er zich zo veel van deze cellen in het oog bevinden,
-
14:29 - 14:32kunnen het potentieel zeer hoge resolutie camera's worden.
-
14:32 - 14:34Daar zijn we ook mee bezig.
-
14:34 - 14:36Het onderzoek wordt geleid door een van onze medewerkers,
-
14:36 - 14:38Alan Horsager van USC.
-
14:38 - 14:41Een beginnende onderneming, Eos Neuroscience, gefinancierd door de NIH,
-
14:41 - 14:43gaat het commercialiseren.
-
14:43 - 14:45Hier een muis die een doolhof probeert op te lossen.
-
14:45 - 14:47Het is een zesarmig doolhof. Er staat een beetje water in het doolhof om de muis
-
14:47 - 14:49te motiveren om te bewegen. Anders blijft ze gewoon zitten.
-
14:49 - 14:51Het doel, uiteraard, van dit doolhof
-
14:51 - 14:53is om uit het water op een klein platform te geraken
-
14:53 - 14:55dat zich onder de verlichte poort daarboven bevindt.
-
14:55 - 14:58Muizen zijn slim. Deze muis lost uiteindelijk het doolhof op,
-
14:58 - 15:00maar hij doet dat door gissen en missen.
-
15:00 - 15:03Hij probeert al zwemmend alle mogelijkheden uit tot hij uiteindelijk op het platform geraakt.
-
15:03 - 15:05Hij maakt daarvoor geen gebruik van zijn ogen.
-
15:05 - 15:07Deze muizen zijn verschillende mutaties
-
15:07 - 15:10die verschillende soorten blindheid, die ook bij mensen voor komen, simuleren.
-
15:10 - 15:13We moeten deze verschillende modellen zorgvuldig onderzoeken
-
15:13 - 15:15om te komen tot een algemene aanpak.
-
15:15 - 15:17Hoe gaan we dit oplossen?
-
15:17 - 15:19We gaan precies doen wat we beschreven in de vorige dia.
-
15:19 - 15:21We gaan deze blauwlichtfotosensoren
-
15:21 - 15:23installeren op een laag cellen
-
15:23 - 15:26in het midden van het netvlies aan de achterkant van het oog
-
15:26 - 15:28en er een camera van maken.
-
15:28 - 15:30Net als het installeren van zonnecellen op de neuronen
-
15:30 - 15:32om ze gevoelig te maken voor licht.
-
15:32 - 15:34Licht wordt dan omgezet in elektriciteit.
-
15:34 - 15:37Deze muis was een paar weken voor dit experiment blind
-
15:37 - 15:40en kreeg een dosis van dit lichtgevoelige molecuul via een virus toegediend.
-
15:40 - 15:42Je kunt zien dat het dier nu wel degelijk de muren kan vermijden,
-
15:42 - 15:44naar dit kleine platform gaan
-
15:44 - 15:47en opnieuw cognitief gebruik maken van haar ogen.
-
15:47 - 15:49Om nog maar eens te wijzen op het buitengewone resultaat:
-
15:49 - 15:51deze dieren zijn in staat om net zo snel naar dat platform
-
15:51 - 15:53te gaan als dieren die dat hun hele leven hebben gedaan.
-
15:53 - 15:55Deze preklinische studie, denk ik,
-
15:55 - 15:57houdt hoop in
-
15:57 - 15:59voor de toekomst.
-
15:59 - 16:02Tot slot wil ik erop wijzen dat we ook nieuwe businessmodellen
-
16:02 - 16:04uitproberen voor dit nieuwe gebied van neurotechnologie.
-
16:04 - 16:06Wij ontwikkelen deze tools, maar we delen ze vrijelijk
-
16:06 - 16:08met honderden groepen over de hele wereld, zodat mensen eruit
-
16:08 - 16:10kunnen leren en proberen verschillende stoornissen te behandelen.
-
16:10 - 16:13Door uit te zoeken hoe we deze hersennetwerken
-
16:13 - 16:16kunnen herstellen en bewerken op abstract niveau,
-
16:16 - 16:19hopen we ertoe te komen enkele van deze hardnekkige aandoeningen
-
16:19 - 16:21waar ik het eerder over had en die nu ongeneeslijk zijn,
-
16:21 - 16:23in de 21ste eeuw uit de wereld te helpen.
-
16:23 - 16:25Dank u.
-
16:25 - 16:38(Applaus)
-
16:38 - 16:41Juan Enriquez: Een deel van dit spul is nogal zwaar op de hand.
-
16:41 - 16:43(Gelach)
-
16:43 - 16:45Maar de implicaties
-
16:45 - 16:48om epilepsieaanvallen onder controle te krijgen
-
16:48 - 16:50met licht in plaats van met geneesmiddelen,
-
16:50 - 16:53en de mogelijkheid om zich specifiek hierop te richten
-
16:53 - 16:55is een eerste stap.
-
16:55 - 16:57Het tweede ding dat ik denk dat ik je hoorde zeggen
-
16:57 - 17:00is dat je de hersenen in twee kleuren kan controleren.
-
17:00 - 17:02Net als een aan/uit-schakelaar.
-
17:02 - 17:04Ed Boyden: Dat klopt.
-
17:04 - 17:07JE: Dat maakt dat elke impuls die door de hersenen gaat een binaire code is.
-
17:07 - 17:09EB: Juist, ja.
-
17:09 - 17:12Dus met blauw licht kunnen we informatie invoeren in de vorm van een één.
-
17:12 - 17:14En door uit te schakelen krijgen we min of meer een nul.
-
17:14 - 17:16Dus hopen we om uiteindelijk voor de hersenen co-processoren te bouwen
-
17:16 - 17:18die werken met de hersenen,
-
17:18 - 17:21waardoor we functionaliteit kunnen vergroten bij mensen met een handicap.
-
17:21 - 17:23JE: in theorie betekent dit dat
-
17:23 - 17:25als een muis voelt, ruikt,
-
17:25 - 17:27hoort, raakt,
-
17:27 - 17:30je dat kan modelleren als een reeks enen en nullen.
-
17:30 - 17:32EB: Natuurlijk, ja. We hopen om dit te gebruiken om uit te testen
-
17:32 - 17:34welke neurale codes bepaalde gedragingen kunnen aansturen,
-
17:34 - 17:36alsook bepaalde gedachten en bepaalde gevoelens,
-
17:36 - 17:39en dat gebruiken om meer over de hersenen te weten te komen.
-
17:39 - 17:42JE: Betekent dit dat je ooit je herinneringen zou kunnen downloaden
-
17:42 - 17:44en misschien uploaden?
-
17:44 - 17:46EB: Dat is iets waar we al mee bezig zijn.
-
17:46 - 17:48We proberen nu
-
17:48 - 17:50de hersenen te bedekken met opname-elementen.
-
17:50 - 17:53Zo kunnen we gegevens registreren en vervolgens de informatie terug invoeren -
-
17:53 - 17:55een beetje uitrekenen wat de hersenen nodig hebben
-
17:55 - 17:57om de verwerking van informatie te vergroten.
-
17:57 - 18:00JE: Nou, dat zou een paar dingen kunnen veranderen. Dank je. (EB: Dank je wel.)
-
18:00 - 18:03(Applaus)
- Title:
- Ed Boyden: een lichtschakelaar voor neuronen
- Speaker:
- Ed Boyden
- Description:
-
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.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 18:04