Żyjemy w ciekawych czasach,
w erze genomiki.
Genom to kompletny zapis DNA.
U każdego człowieka jest trochę inny.
Dlatego wyglądamy inaczej.
Moje oczy są brązowe.
Inni mogą mieć niebieskie czy szare.
Ale to nie tylko kwestia wyglądu.
W gazetach czytamy,
że geny mogą powodować choroby
a nawet kształtować osobowość
czy być przyczyną chorób psychicznych.
Geny wydają się mieć
ogromny wpływ na nasze losy.
Mimo to, uważam, że ja
to więcej niż moje geny.
Co myślicie?
Czy wy też jesteście czymś więcej?
Widzowie: Tak. Tak?
Część z was zgadza się ze mną.
Powinniśmy to obwieścić światu.
Powiedzmy wszyscy razem:
Ja to więcej niż moje geny.
Wszyscy: Ja to więcej niż moje geny
(Wiwaty)
A więc ja - to kto?
(Śmiech)
Otóż mój konektom - to ja.
Świetnie nam się współpracuje więc
spróbujmy to też powiedzieć razem.
(Śmiech)
Wszyscy razem:
Mój konektom to ja.
Świetnie nam wyszło.
Jesteście super: nie wiecie co to jest konektom,
a jednak ze mną współpracujecie.
To ja mogę już sobie iść.
Jak dotąd poznaliśmy tylko jeden konektom:
tego malutkiego robaka.
Jego układ nerwowy
składa się z tylko 300 neuronów.
W latach 70. i 80.
zespół naukowców
opisał wszystkie 7000 połączeń
między-neuronalnych.
W tym diagramie, każdy punkt to neuron
a każda linia to połączenie.
Widzicie teraz na własne oczy
konektom nicienia C. elegans
Nasze konektomy są bardziej złożone
ponieważ nasz mózg
zawiera 100 miliardów neuronów
i 10 tys. razy tyle połączeń.
Je też można przedstawić na diagramie
ale nie dałoby się ich zmieścić na takim slajdzie.
Konektom zawiera milion razy więcej połączeń
niż jest liter w naszym genomie.
To mnóstwo informacji.
Co mogą nam powiedzieć?
Nie wiemy na pewno, ale mamy teorie.
Od XIXw. neurobiolodzy zastanawiali się
czy nasze wspomnienia,
informacje, które kreują tożsamość
czy może są one zapisane
w połączeniach pomiędzy neuronami.
Inne aspekty tej tożsamości
osobowość czy intelekt
może także są zapisane
w tych połączeniach.
Stąd wzięła się moja hipoteza,
że mój konektom to ja.
Nie skandowaliście jej, bo jest prawdziwa,
ale po to by ją zapamiętać.
Nie wiemy czy ta hipoteza jest trafna
bo nie mieliśmy technologii
wystarczająco zaawansowanej by ją przetestować.
Odkrycie konektomu u robaka
zajęło ponad 10 lat żmudnej pracy.
Żeby odkryć konektom w mózgach jak nasze
potrzebujemy wyrafinowanych technologii,
które zautomatyzują i przyśpieszą ten proces.
Opowiem wam o nich.
Są one obecnie opracowywane
w naszych laboratoriach.
Komórkę neuronową
można rozpoznać
po intrygującym kształcie.
Ma długie, delikatne rozgałęzienia
i jest nieco podobna do drzewa.
Ale to tylko jedna komórka.
Żeby odkryć wszystkie połączenia
musimy widzieć jednocześnie wszystkie neurony.
Przedstawiam więc Bobby'ego Kasthuri
pracownika laboratorium Jeffa Lichtmana
na Harvardzie.
Bobby trzyma w ręku przekroje
mózgu myszy.
Przybliżamy teraz 100 tys. razy
by uzyskać rozdzielczość,
która pozwoli dostrzec wszystkie rozgałęzienia.
Tylko że teraz trudno je rozpoznać
bo musimy operować w trzech wymiarach.
Składając zdjęcia wielu fragmentów,
jedno na drugim,
otrzyma się obraz trójwymiarowy.
rozgałęzienia nadal mogą być niewidoczne.
Więc, zaczynając od góry
kolorujemy przekrój jednego z nich na czerwono
i robimy to samo z kolejnymi.
I tak dalej, zdjęcie po zdjęciu.
Kontynuując w ten sposób
będziemy mogli zrekonstruować w trójwymiarze
fragment rozgałęzienia naszego neuronu.
Gdy pokolorujemy inny neuron na zielono
widać, że styka się on z czerwonym
w dwóch miejscach,
które nazywamy synapsami.
Przyjrzyjmy się jednej z nich.
Patrząc na wnętrze zielonego neuronu
powinniście zobaczyć małe koliste kształty
To pęcherzyki synaptyczne.
Zawierają one neuroprzekaźnik.
Więc gdy zielony neuron chcę wysłać sygnał
do czerwonego neuronu
wysyła swój neuroprzekaźnik.
Połączenie synaptyczne między neuronami
można porównać
do połączenia telefonicznego między ludźmi.
Tak odkrywamy pojedyncze synapsy.
Ale jak odkryć cały konektom?
Używając trójwymiarowych obrazów
jak gigantycznej, trójwymiarowej kolorowanki.
Każdy neuron kolorujemy inną barwą
i przeglądamy wszystkie obrazy,
znajdujemy synapsy
i zapisujemy kolory, które łączą.
Kiedy zrobimy tak z wszystkimi naszymi zdjęciami
to znajdziemy konektom.
Poznaliście podstawowe informacje
o neuronach i synapsach.
Jesteście gotowi by zająć się
jednym z ważniejszych zagadnień neurobiologii:
czym różnią się mózgi kobiet i mężczyzn? (Śmiech)
Według tego poradnika
mózgi facetów są jak gofry:
wszystko ma swoją przegródkę.
U dziewczyn mózg jest jak spaghetti
wszystko łączy się ze wszystkim innym.
(Śmiech)
Swoją drogą, śmiejecie się
z książki, która zmieniła moje życie.
(Śmiech)
A tak na poważnie, w czym tkwi błąd?
Sami już znacie odpowiedź.
Płeć nie ma znaczenia
wszystkie mózgi są jak spaghetti.
Jak cieniutkie capellini z rozgałęzieniami.
Tak jak jedna nitka makaronu
łączy się z wieloma innymi na talerzu
podobnie neurony dotykają
innych przez rozgałęzienia.
Każdy może łączyć się z wieloma innymi
dzięki synapsom przy stykach komórek.
Możecie stracić z oczu fakt,
że ta tkanka jest niezwykle mała.
Skontrastujmy ten sześcian z innymi wielkościami.
Jego krawędzie mają 6 mikrometrów.
A tak wygląda na tle całego neuronu:
Tylko niewielka część rozgałęzień
zawiera się w tym sześcianie.
Neuron, jest o wiele mniejszy od mózgu.
A mózg myszy
jest o wiele mniejszy od mózgu ludzkiego.
Kiedy pokazuję to znajomym,
czasem mówią mi,
"Sebastian, daj sobie spokój z neurobiologią,
to bez sensu."
Patrząc na mózg gołym okiem
nie widzimy jak bardzo jest złożony.
Ale kiedy patrzy się przez mikroskop
odkrywa się jego złożoność.
Siedemnastowieczny filozof
i matematyk, Blaise Pascal,
pisał o tym, jak przeraża go nieskończoność,
o uczuciu własnej znikomości
w obliczu niezmierzonego kosmosu.
Mnie jako naukowcowi
nie wypada mówić o uczuciach.
Studenci nie chcą o tym słuchać.
(Śmiech)
Ale pozwolicie mi?
(Śmiech)
(Brawa)
Czuję zaciekawienie
zdumienie i podziw
ale czasem też rozpacz.
Dlaczego badam
organ o tak ogromnej złożoności,
która może być nieskończona?
To absurdalne zadanie.
Jak możemy marzyć
o zrozumieniu w całości?
Pozostaję jednak przy donkiszotowskiej nadziei,
że być może, któregoś dnia
dzięki potężnym mikroskopom
będziemy w stanie zobaczyć
każdy neuron, każdą synapsę
zapisać ich obraz w bazie danych.
Wtedy superkomputery
przeanalizują je bez pomocy człowieka
i uda im się opisać konektom.
Mam nadzieję, że dożyję tego dnia.
Znalezienie kompletnego konektomu człowieka
to ważne wyzwanie dla technologii,
którym zajmą się pokolenia naukowców.
Obecnie, razem ze współpracownikami,
obieramy mniejsze cele,
jak znajdywanie częściowych konektomów
w kawałeczkach mózgu myszy czy człowieka.
To wystarczy, by poddać testom hipotezę,
że mój konektom to ja.
Chcę was przekonać, że jest to hipoteza
godna rozważenia.
Kiedy człowiek rozwija się w dzieciństwie
i dorośleje później,
zmienia się powoli jego tożsamość.
Podobnie, każdy konektom
przechodzi zmiany w czasie.
Jakiego rodzaju zmiany?
Neurony, tak jak drzewa,
mogą wypuszczać nowe gałęzie
i tracić stare.
Mogą powstać nowe synapsy
a stare mogą być usunięte.
Synapsy mogą zwiększać swą objętość
ale mogą też się zmniejszać.
Drugie zagadnienie to:
Co powoduje te zmiany?
Do pewnego stopnia
są zaprogramowane genetycznie.
Ale to nie cała prawda
bo mamy też impulsy elektryczne
biegnące po rozgałęzieniach neuronalnych
oraz sygnały chemiczne
przeskakujące z jednej gałęzi na drugą.
Nazywamy to aktywnością neuronową.
Mamy wiele dowodów na to,
że w aktywności neuronowej
zakodowane są myśli, uczucia, postrzeżenia
nasze przeżycia wewnętrzne.
Są dowody na to, że aktywność neuronowa
może powodować zmiany w połączeniach.
To znaczy, że możemy stwierdzić,
że doznania i doświadczenia
mogą zmienić nasz konektom.
Dlatego każdy konektom jest inny
nawet u bliźniaków jednojajowych.
To tu styka się natura z kulturą.
Myślenie samo w sobie, może powodować
Myślenie samo w sobie, może powodowa
zmiany w konektomie
np. dzięki ważnej dla nas idei.
Co mamy na tym obrazku?
Chłodny, orzeźwiający strumień?
A co jeszcze?
Nie zapominajmy o zagłębieniu w ziemi
tzw. korycie strumienia.
To ono nadaje kierunek wodzie.
Zobaczcie w tym strumieniu metaforę
zależności między aktywnością neuronową
i połączeniami między komórkami.
Aktywność neuronowa nieustannie się zmienia.
Jak woda w strumieniu: ciągle płynie.
Połączenia w sieci neuronów w mózgu
warunkują możliwe ścieżki
dla aktywności neuronowej.
Konektom jest jak koryto strumienia.
Ale ta metafora jest głębsza:
to prawda, że koryto strumienia
kieruje przepływem wody
ale z upływem czasu
woda także zmienia ułożenie koryta.
Tak jak aktywność neuronowa może zmieniać połączenia.
Pozwólcie mi wznieść się
na wyżyny liryki.
Przypominam, że aktywność nerwowa
to fizjologiczna podstawa
naszych myśli, uczuć i doznań.
Możemy zatem mówić nawet
o strumieniu świadomości.
Gdzie aktywność neuronalna to woda
a konektom to koryto.
Ale wróćmy teraz z wyżyn poetyckiej metafory
do faktów nauk ścisłych.
Załóżmy, że mamy już technikę
znajdowania kompletnych konektomów.
W jaki sposób sprawdzilibyśmy czy hipoteza
"Mój konektom to ja" jest prawdziwa?
Proponuję bezpośredni test:
spróbujmy odczytać
wspomnienia z konektomu.
Umiejętność przypomnienia sobie
długiej sekwencji ruchów
jak u pianisty grającego sonaty Beethovena.
Wg teorii mającej swój początek jeszcze w XIX w.
pamięć tego typu jest przechowywana
jako łańcuchy połączeń nerwowych w mózgu.
Kiedy pierwszy neuron łańcucha jest aktywowany,
wysyła sygnał, poprzez synapsy, do następnych neuronów
i tak po kolei
jak kostki domina.
Ta sekwencja aktywacji kolejnych neuronów
może być podstawą neurologiczną
sekwencji ruchów pianisty.
Możemy przetestować tę teorię
szukając takich łańcuchów
w konektomach.
Co nie będzie proste, bo łańcuchy nie będą wyglądać tak.
Ich ogniwa będą porozrzucane po całym mózgu.
Musimy więc wykorzystać komputery,
żeby złożyć je w całość.
Sekwencja neuronów,
którą w ten sposób odkryjemy będzie
przewidywanym wzorem aktywności neuronalnej
podczas procesu przypominania.
Jeśli się uda, będzie to pierwszy przypadek
odczytania wspomnień z konektomu.
(Śmiech)
Niezły bałagan.
Próbowaliście kiedyś podłączyć przewody
w tak skomplikowanym systemie?
Mam nadzieję, że nie.
Łatwo tu o pomyłkę.
Rozgałęzienia neuronów są jak kable w mózgu.
Jaka jest łączna długość tego okablowania?
Podpowiem, że to ogromna liczba.
(Śmiech)
Wg moich szacunków, miliony mil.
Upakowane w naszych czaszkach.
Doceniając ogrom tej długości
z łatwością stwierdzicie,
że łatwo można je poplątać.
Media lubują się w krzykliwych nagłówkach typu:
"Mózgi anorektyków mają inne połączenia"
czy: "Autystyczne mózgi mają inne połączenia"
To prawdopodobne stwierdzenia,
ale obecnie nie jesteśmy w stanie
zobaczyć tego okablowania na tyle dobrze
by móc potwierdzić te hipotezy.
Dzięki technologii pozwalającej
zaobserwować konektomy
odczytamy błędne okablowanie w mózgu:
choroby psychiczne na poziomie konektomu.
Sprawdzając hipotezę dobrze jest
rozważyć jej ekstremalne konsekwencje.
Filozofowie lubią się w to bawić.
Jeśli uważam, że mój konektom to ja
muszę także przystać na to,
że śmierć to nic innego jak
zniszczenie mojego konektomu.
Mamy dziś wielu proroków
twierdzących, że z pomocą technologii
będziemy mogli zmienić kondycję ludzką
a może nawet przeobrazić nasz gatunek.
Marzymy gorąco o tym,
że uda nam się oszukać śmierć
poprzez technikę zwaną krioniką.
Za 100 tys. dolarów
możemy zamrozić nasze ciało po śmierci
w płynnym azocie na przechowanie
w specjalnym magazynie w Arizonie
oczekując na cywilizację przyszłości,
której uda się nas ożywić.
Czy należy wyszydzać ten pomysł
jako mrzonki głupców?
Czy może to oni któregoś dnia
zaśmieją się nad naszymi grobami?
Nie wiem.
Przetestujmy ich poglądy naukowo.
Poszukajmy konektomu
w zamrożonym mózgu.
Wiemy, że mózg niszczeje
po śmierci, w trakcie zamrażania.
Ale czy wymrozi się cały konektom?
Jeśli tak to nikt w przyszłości nie odzyska
wspomnień z zamrożonych mózgów.
Ciało być może zostanie ożywione,
ale umysł nie.
Jeśli konektom będzie nienaruszony,
nie powinniśmy szydzić z krioniki.
Opisałem wam dziś program badawczy,
który zaczyna się w świecie mikro
ale prowadzi nas do świata przyszłości.
Konektomy wyznaczą punkt zwrotny historii.
Gdy ewoluowaliśmy z naszych przodków
na afrykańskich sawannach
wyróżniała nas wielkość naszych mózgów,
które są wykorzystywane
by odkrywać niesamowite technologie.
Kiedyś, technologie te staną się tak potężne,
że wykorzystamy je do poznania nas samych
przez dekonstrukcję i rekonstrukcję
naszych własnych mózgów.
Ta podróż do samopoznania
jest nie tylko dla naukowców,
ale dla każdego z nas.
Cieszę się, że mogłem się nim podzielić dziś z wami. Dziękuję.
(Brawa)