Co badanie ścieżek neuronowych może powiedzieć o zdrowiu psychicznym?

Neurobiolog Kay M. Tye bada, jak mózg daje początek złożonym stanom emocjonalnym jak depresja, lęk czy samotność. Z pomocą awangardowej technologii dzieli się swoimi najnowszymi odkryciami - w tym opracowanym narzędziem, które używa światła, by aktywować konkretne neurony i dać początek drastycznym zmianom w zachowaniu myszy. Dowiedz się, jak te odkrycia mogą zmienić to, jak widzisz mózg - i, być może, odkryć efektywny sposób leczenia zaburzeń psychicznych.

Na wstępie powiem coś,
o czym pewnie jesteście przekonani.

Mózg tworzy wszystkie aspekty świadomości.

Dlaczego więc traktujemy
choroby psychiczne

inaczej niż fizyczne,

jeśli sądzimy, że świadomość
pochodzi z mózgu?

Ludzie bardzo często mówią mi,

że jako neurobiolog nie mogę badać,
jak stany wewnętrzne

jak niepokój, pragnienia czy samotność

są przedstawiane przez mózg.

Dlatego postanowiłam
zająć się właśnie tym.

Mój program badawczy
ma na celu zrozumieć umysł

przez badanie połączeń mózgowych.

W szczególności, w jaki sposób
mózg daje początek emocjom.

Bardzo trudno jest badać uczucia i emocje,

bo nie da się ich zmierzyć.

Zachowanie to wciąż
najlepsze i jedyne okno

na doświadczenia emocjonalne innej osoby.

Zarówno dla zwierząt jak i ludzi,

tak, mówienie o sobie jest
sygnałem behawioralnym.

Zachowania motywowane dzieli się
na dwie podstawowe klasy:

szukanie przyjemności i unikanie bólu.

Umiejętność zdobywania rzeczy korzystnych

i unikania rzeczy szkodliwych

to podstawa przetrwania.

We współczesnym świecie

trudność z rozróżnieniem tych dwóch pojęć
można nazwać chorobą psychiczną.

Jeśli mam problem z autem

i zabieram je do mechanika,

najpierw zaglądają pod maskę.

Ale w badaniu zdrowia psychicznego

nie ma guzika do otwierania głowy.

Dlatego eksperymentujemy na zwierzętach.

W moim laboratorium konkretnie na myszach.

Żeby zrozumieć mózg, trzeba badać mózgi.

Po raz pierwszy naprawdę można to zrobić.

Możemy otworzyć maskę.

Możemy zajrzeć do środka,

poeksperymentować i zobaczyć,
co z tego wyjdzie.

Technologia otworzyła dla nas nowe okno
na czarną skrzynkę, jaką jest umysł.

Rozwój narzędzi optogenetycznych

pozwolił na bezprecedensową kontrolę
nad konkretnymi neuronami w mózgu

i obserwację, jak komunikują się ze sobą
za pomocą sygnałów elektrycznych.

Możemy genetycznie
uwrażliwić neurony na światło,

a następnie użyć tego światła
do kontrolowania działalności neuronów.

Można tym zmienić zachowanie zwierzęcia,

co daje nam informację
o funkcji danego obwodu.

Chcecie wiedzieć,
jak naukowcy do tego doszli?

Naukowcy opracowali
narzędzia optogenetyczne,

posiłkując się wiedzą z innych
podstawowych obszarów nauki.

Algi są organizmami jednokomórkowymi
i wyewoluowały tak, że płyną do światła.

Kiedy na plamkę oczną komórki algi
pada niebieskie światło,

otwiera się kanał
wysyłający sygnał elektryczny,

który wprawia wici w trzepot

i popycha algi w stronę
światła słonecznego.

Jeśli sklonujemy część alg
wrażliwą na światło,

a następnie dodamy do neuronów
przez genetyczne modyfikacje,

neurony też można uwrażliwić na światło.

W przypadku neuronów,

kiedy świecimy w głąb mózgu
przez włókno optyczne,

zmieniamy sposób wysyłania sygnałów
do innych neuronów w mózgu

i w ten sposób zmieniamy
zachowanie zwierzęcia.

Z pomocą moich kolegów

zapoczątkowałam użycie
narzędzi optogenetycznych

do namierzania wybranych
neuronów w punkcie A,

które przez synapsy
komunikują się z punktem B,

bez naruszania funkcji
sąsiednich neuronów.

Takie podejście pozwoliło przetestować
funkcję każdego połączenia

w tej plątaninie, jaką jest mózg.

Obszar mózgu zwany ciałem migdałowatym

bardzo długo był uważany za źródło emocji,

a moje laboratorium odkryło,

że przypomina raczej rozdroża,

na których jedna droga napędza
pozytywne emocje i zbliżenie,

a druga napędza
negatywne emocje i unikanie.

Pokażę wam parę przykładów

- czyste, nieprzetworzone dane -

użycia optogenetyki do celowania
w poszczególne neurony w mózgu

i uzyskania bardzo konkretnych
zmian w zachowaniu.

Znerwicowani pacjenci
prezentują anormalną łączność

między dwiema częściami
ciała migdałowatego,

ale u ludzi bardzo trudno stwierdzić,
czy ta nieprawidłowość jest przyczyną

czy rezultatem choroby.

Optogenetyka pozwala namierzyć
to samo połączenie u myszy

i zobaczyć, co się stanie.

To jest podwyższony labirynt krzyżowy.

To szeroko stosowany test lękowy,

który mierzy ilość czasu,

jaką mysz spędza w bezpiecznej strefie
zamkniętych ramion,

a ile na eksploracji otwartych ramion.

W procesie ewolucji myszy zaczęły
preferować zamknięte przestrzenie,

jak bezpieczne norki,

ale żeby znaleźć pożywienie,
wodę czy partnerów,

muszą wyjść na zewnątrz,

gdzie są o wiele bardziej narażone
na ataki drapieżników.

Tutaj siedzę poza kadrem

i zaraz uruchomię przełącznik.

Gdy uruchomię przycisk i zapalę światło,

zobaczycie, że mysz zacznie częściej
badać otwarte ramiona labiryntu.

W przeciwieństwie do leczenia
stanów lękowych za pomocą leków,

nie ma tutaj środka uspokajającego,
zaburzenia czynności motorycznych,

tylko skoordynowane,
naturalnie wyglądające badanie terenu.

Efekt jest nie tylko
niemal natychmiastowy,

ale nie ma też wykrywalnych
efektów ubocznych.

Kiedy znów przekręcę przełącznik,

mózg myszy wraca do normy,

a mysz do kąta.

Kiedy zapisywałam
te informacje w laboratorium,

byłam zupełnie sama
i strasznie się ucieszyłam.

Z tej radości aż krzyknęłam bezgłośnie.

(Cicho) Ach!

(Śmiech)

Co mnie tak ucieszyło?

Teoretycznie wiedziałam,
że mózg kontroluje świadomość,

ale przełączać własnoręcznie kontrolki

i widzieć, jak mysz zmienia zachowanie

tak szybko i odwracalnie...

Po raz pierwszy naprawdę w to uwierzyłam.

Po tym przełomie

nastąpiły kolejne liczne odkrycia.

Szukaliśmy obwodów neuronowych,
odpowiedzialnych za dramatyczne zmiany

w zachowaniu zwierząt.

Oto kolejny przykład:
kompulsywne jedzenie.

Jemy z dwóch przyczyn.

Poszukujemy przyjemności,
czyli smacznego jedzenia,

albo unikamy bólu brzucha z głodu.

Jak znaleźć lekarstwo
na kompulsywne jedzenie

bez zaburzania zdrowego uczucia głodu,

potrzebnego do przetrwania?

Najpierw trzeba zrozumieć,

jak mózg daje sygnał
do poszukiwania jedzenia.

Ta najedzona mysz
po prostu bada przestrzeń

pozbawioną jakiegokolwiek jedzenia.

Używamy optogenetyki,
aby namierzyć neurony z podwzgórza

wysyłające sygnały do śródmózgowia.

Kiedy zapalę światło, tutaj,

widać, że mysz zaczyna
natychmiast lizać podłogę.

(Śmiech)

To pozornie szalone zachowanie

za chwilę nasili się do stopnia,
który uważam za niezwykły.

Właściwie to trochę chore.

Gotowi?

O, tutaj.

Mysz podnosi łapki, jakby coś jadła,

ale tam nic nie ma, niczego nie trzyma.

Jak widać, ten obwód wystarczy
do napędzania procesu jedzenia

przy braku odczuwania głodu,

a nawet przy braku pożywienia.

Nie mam pewności, jak czuje się mysz,

ale zgaduję, że właśnie te neurony
kierują łaknieniem,

bo widzę reakcje
na namierzanie danej ścieżki.

Światło gaśnie,

a zwierzę wraca do normy.

Przez wyciszenie tej ścieżki

można stłumić i zredukować
kompulsywne jedzenie

bez zaburzania zdrowego głodu.

Czego dowiedzieliście się
z tych dwóch filmów,

które właśnie pokazałam?

Że konkretna zmiana w obwodach
neuronowych w mózgu

skutkuje konkretnymi zmianami
w zachowaniu.

Że każde świadome doświadczenie

jest kierowane przez komórki w mózgu.

Jestem córką fizyka i biolożki,

którzy dosłownie poznali się na statku,
przybywając do Ameryki

w poszukiwaniu edukacji.

Więc oczywiście,

skoro nie było "żadnej presji",
żebym została naukowcem....

(Śmiech)

Jako studentka na uczelni

musiałam podjąć decyzję, czy chcę się
skupić na psychologii, nauce o umyśle,

czy też neurobiologii, nauce o mózgu.

Wybrałam neurobiologię,

bo chciałam zrozumieć,

jak jaźń powstaje z tkanki biologicznej.

W rezultacie wróciłam do punktu wyjścia,
bo zajmuję się obiema rzeczami.

Teraz mój program badawczy

wypełnia lukę między umysłem a mózgiem.

Badanie mojego laboratorium

sugeruje, że można zacząć łączyć
konkretne obwody neuronowe

ze stanami emocjonalnymi.

Znaleźliśmy liczne obwody,

które kontrolują zachowanie
związane z lękami,

kompulsywnym jedzeniem,

interakcją społeczną, unikaniem

i wieloma innymi
zachowaniami motywowanymi,

które mogą odzwierciedlać
wewnętrzne stany emocjonalne.

Kiedyś przypisywano funkcjom umysłu
konkretne obszary w mózgu.

Ale moje badania pokazują,
że w danym obszarze mózgu

istnieje wiele różnych neuronów
wykonujących rożne czynności,

a funkcje są częściowo zdefiniowane
przez ścieżki wybierane przez neurony.

Przedstawię metaforę,
która pomoże zilustrować,

jak te odkrycia zmieniają
nasze postrzeganie mózgu.

Powiedzmy, że mózg to świat,

a neurony to ludzie.

Chcemy zrozumieć, jak przesyła się
informację na planecie.

Oczywiście warto wiedzieć,

gdzie jest dana osoba
w momencie nagrywania jej słów.

Ale twierdzę, że równie ważne jest to,

do kogo ta osoba mówi,

kto jej słucha

i jak słuchacze reagują
na otrzymaną informację.

Obecny stan badań zdrowia psychicznego

polega w zasadzie
na metodzie prób i błędów.

I nie działa.

Rozwój nowych terapii lekowych
dla zaburzeń psychicznych

natrafił na ścianę,

bez znaczących postępów
od lat 50. XX wieku.

Jak więc rysuje się przyszłość?

Sądzę, że w najbliższej przyszłości

nastąpi rewolucja w leczeniu
chorób psychicznych

i skupimy się na konkretnych
obwodach neuronowych w mózgu.

Diagnozy będą wystawiane na podstawie
zarówno objawów behawioralnych,

jak i wymiernej aktywności mózgu.

Jeszcze później,

łącząc umiejętność tworzenia
istotnych zmian w mózgu,

by uzyskać istotne zmiany w zachowaniu,

z wiedzą o przekształcaniu synaps,
by tworzyć bardziej trwałe zmiany,

będzie można nakłonić mózg do samo-naprawy

przez przeprogramowanie
obwodów neuronowych.

Terapia ekspozycji na poziomie neuronowym.

Kiedy już przełączymy mózg
w stan samoleczenia,

może to mieć długotrwałe rezultaty

bez efektów ubocznych.

Mogę wyobrazić sobie przyszłość,

w której przeprogramowane
obwody neuronowe

będą leczyć przyczyny, a nie objawy.

No dobra, ale co teraz?

Jeśli od tego momentu

każdy z was wyjdzie stąd z przekonaniem,

że umysł to wytwór komórek w mózgu,

możemy natychmiast zlikwidować

negatywne postrzeganie i stygmatyzowanie,

które wstrzymują tyle osób

przed szukaniem potrzebnej im
pomocy psychiatrycznej.

Jako specjaliści od zdrowia psychicznego

zawsze szukamy kolejnych kuracji.

Ale zanim można je zastosować,

trzeba, żeby ludzie
nie bali się go szukać.

Wyobraźcie sobie, jak radykalnie
można by obniżyć ilość samobójstw

i szkolnych strzelanin,

gdyby każdy, kto potrzebuje wsparcia
psychicznego, faktycznie je otrzymywał.

Jeśli dobrze zrozumiemy,
jak powstaje świadomość w mózgu,

będziemy mogli podnieść
poziom życia każdego,

kto doświadczył choroby psychicznej,

- czyli połowy populacji -

jak również tych,
z którymi dzielą ten świat.

Dziękuję.

(Brawa)