ĐỂ NGHIÊN CỨU NÃO BỘ (ED BOYDEN – KỸ THUẬT VIÊN THẦN KINH)
Xin chào tất cả các bạn, hôm nay tôi đang mang tã cho trẻ em và chờ một chút và bạn sẽ thấy tại sao tã trẻ em có một số đặc tính thực sự thú vị như chúng nở ra với nước và hàng triệu trẻ em đang làm thí nghiệm này mỗi ngày
Nhưng lý do khiến tã phồng lên là do thiết kế thông minh của chúng. Chúng được làm từ vật liệu có thể phồng lên. Nếu bạn thêm nước vào vật liệu cụ thể
này, nó sẽ phồng lên như điên lên khoảng 1.000 lần thể tích của nó. Đó là một ngành công nghiệp rất hữu ích. Polyme giống như của tôi Nhóm nghiên cứu tại MIT muốn thử một cái gì đó tương tự để làm phồng não Nhìn vào cấu trúc của bộ não và những gì đang diễn ra bên trong nó một cách tổng hợp trong không gian ba chiều. Nếu có thể, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về tổ chức của bộ não con người và hiểu cách nó tạo ra suy nghĩ và cảm xúc. Hành động và cảm giác Có thể chúng ta có thể biết chính xác những gì thay đổi não bộ. Các bệnh như Alzheimer, động kinh và Parkinson là những bệnh chỉ có một số phương pháp điều trị và rất ít người có thể chữa khỏi. Chúng ta thường không Chúng tôi không biết nguyên nhân hoặc nguồn gốc của những căn bệnh này và những gì gây ra chúng. Chúng tôi tại MIT Các nhóm nhà nghiên cứu đang cố gắng đưa ra một quan điểm khác. Những quan điểm này khác với cách khoa học thần kinh đã được nghiên cứu trong thế kỷ qua. Chúng tôi đều là những nhà thiết kế và các nhà phát minh. Đó là sự phức tạp đáng kinh ngạc
Nhìn lại hàng trăm năm đầu nghiên cứu khoa học thần kinh não, chúng ta biết được rằng não là một mạng lưới rất phức tạp của các tế bào đặc biệt được gọi là tế bào thần kinh được kết nối với nhau dưới dạng hình học phức tạp. Dòng điện có thể đi qua các tế bào thần kinh phức tạp này. Ngoài ra, các Tế bào thần kinh được kết nối với mạng lưới. Chúng trao đổi hóa chất thông qua các kết nối nhỏ gọi là khớp thần kinh cho phép các tế bào thần kinh giao tiếp với nhau. Bộ não có mật độ cực kỳ cao. Có khoảng 100.000 tế bào thần kinh trên mỗi milimét khối. Làm thế nào để có thể nghiên cứu với một tỷ kết nối? Nếu bạn có thể phóng to tế bào thần kinh, tất nhiên, những gì bạn đang thấy chỉ là hình ảnh do các nghệ sĩ của chúng tôi tạo ra. Bạn sẽ thấy hàng nghìn phân tử sinh học. Các cấu trúc hoạt động cùng nhau để tạo ra các xung điện và trao đổi hóa chất cho phép các tế bào thần kinh tương tác để tạo ra suy nghĩ, cảm xúc và hơn thế nữa Chúng ta không biết cách các nơ-ron trong não hình thành mạng lưới. Chúng tôi không biết cách các phân tử sinh học hình thành các cơ chế phức tạp và có trật tự này trong các nơ-ron. Nếu chúng ta thực sự muốn hiểu những vấn đề này, chúng ta phải có công nghệ mới. Nếu chúng ta có thể tạo ra hình ảnh cho phép chúng ta thấy cấu trúc phân tử và tế bào thần kinh cũng như mạng lưới tế bào thần kinh. Có thể chúng ta thực sự hiểu được cách não bộ truyền tín hiệu từ các vùng cảm giác để kết hợp cảm xúc và cảm xúc để tạo ra quyết định và hành động. Có thể chúng ta có thể xác định tổn thương. Các phân tử tạo ra thay đổi trong não Một khi chúng ta tìm ra cách các phân tử thay đổi, cho dù ở số lượng hay kiểu mẫu, chúng ta có thể sử dụng những phân tử này để phát triển các loại
thuốc mới, phát minh ra những cách mới để cung cấp năng lượng cho não và giúp những bệnh nhân bị rối loạn não. Sửa chữa các khu vực bị tổn thương trong não của họ
Chúng ta đã thấy một số kỹ thuật cố gắng giải quyết vấn đề này trong thế kỷ trước. Tất cả chúng ta đều đã thấy các máy MRI được sử dụng để quét não. Tất nhiên, những máy này không xâm lấn nên có thể được sử dụng cho các nghiên cứu in vivo, nhưng hình ảnh của chúng rất giống Những cục màu vàng này mà bạn có thể nhìn thấy thô ráp, hoặc các voxels có thể chứa hàng triệu tế bào thần kinh, vẫn không đủ độ phân giải để xác định phân tử nào đã thay đổi hoặc kết nối nào đã thay đổi. Chúng ta trở thành những sinh vật mạnh mẽ có ý thức Các công cụ ở thái cực khác là kính hiển vi. Kính hiển vi sử dụng nguồn sáng để nhìn những thứ nhỏ bé. Chúng đã được sử dụng hàng trăm năm để nhìn thấy những thứ nhỏ bé như vi khuẩn. Trong khoa học thần kinh, chúng tôi lần đầu tiên phát hiện ra tế bào thần kinh bằng kính hiển vi khoảng 130 năm trước. Nhưng " ánh sáng. cần công nghệ tốt hơn.
Cách đây vài năm, nhóm nghiên cứu của tôi bắt đầu nghĩ tại sao không làm ngược lại. Nếu cố gắng tiếp cận gần bộ não hơn, tại sao chúng ta không làm cho bộ não lớn hơn? Hai nghiên cứu sinh trong nhóm của tôi, Fei Chen và Fei Chen, đã bắt đầu dự án này. Paul Tillberg Bây giờ có nhiều người hơn đến để giúp đỡ. Chúng tôi quyết định tìm ra cách để thử và đưa nó vào não bằng polyme, là thứ trong tã trẻ em và nếu nó được thực hiện vừa phải, thêm nước có thể khuếch đại não để Đủ để phân tách các phân tử nhỏ riêng lẻ để bạn có thể nhìn thấy bức tranh về các kết nối (tế bào thần kinh) đó trong não rất truyền cảm hứng.
Hôm nay tôi sẽ giới thiệu với các bạn rằng có một số thành phần dành cho tã trẻ em. Mua trực tiếp trên mạng dễ dàng hơn rất nhiều so với việc lấy một vài thành phần từ tã. Tôi chỉ cần cho vào một thìa cà phê polyme mịn và thêm một ít nước. Tiếp theo là gì Đó là để xem liệu muỗng cà phê polyme này có phồng lên hay không. Bây giờ, bạn có thể tận mắt chứng kiến nó phồng lên khoảng một nghìn lần. Tôi có thể tiếp tục thêm nước, nhưng bạn phải biết chuyện gì đang xảy ra. Đó là một phân tử rất thú vị. Khi sử dụng một cách chính xác, chúng ta có thể quan sát các chi tiết của bộ não mà trước đây không thể quan sát được Được rồi, vậy điều gì đã xảy ra với polyme trong tã khi bạn cho biết thời gian hóa học? Nếu bạn có thể phóng to, nó có thể trông giống như những gì bạn thấy trên màn hình ngay bây giờ. Polyme là một chuỗi nguyên tử dài và mảnh. Các chuỗi tạo nên những thứ này rất nhỏ, có chiều rộng bằng chiều rộng của một
phân tử sinh học, và các polyme rất dày đặc, và khoảng cách giữa chúng có kích thước bằng một phân tử sinh học, điều này thật tuyệt, vì chúng ta có thể tháo rời mọi phần của não. Nếu bạn thêm nước, chất này có thể trương nở sẽ hút ẩm và các chuỗi polyme xa nhau hơn và toàn bộ thể tích trở nên lớn hơn. Vì các chuỗi này rất nhỏ và ban đầu chỉ cách nhau một phần rất nhỏ của phân tử sinh học, chúng ta có thể làm cho não phình ra đủ lớn để được quan sát
Vấn đề cần giải quyết là làm thế nào để chúng ta đưa các chuỗi polyme vào não để có thể kéo khoảng cách giữa các phân tử sinh học? Nếu có thể, chúng ta có thể xem trực tiếp bản đồ não và quan sát hệ thống kết nối của não và các điều kiện phân tử bên trong chúng ta. Đã chuẩn bị một video hoạt hình để giải thích điều này Trong tác phẩm của nghệ sĩ này, chúng ta có thể thấy các phân tử sinh học trông như thế nào và cách chúng ta có thể tách chúng ra Bước 1: Đầu tiên những gì chúng ta làm là dán từng phân tử sinh học màu nâu vào một mỏ neo nhỏ , các tay cầm nhỏ muốn kéo khoảng cách giữa các phân tử trong não ta cần dùng các tay cầm nhỏ này để nối polyme với phân tử để polyme có tác dụng Nếu bạn chỉ đổ polyme từ tã trực tiếp lên não, rõ ràng, chúng chỉ chồng chất lên trên. Vì vậy, chúng ta cần tìm cách đưa polyme vào não. Một số khối xây dựng, những thứ được gọi là "monome", nếu bạn đưa chúng vào não, chúng kích hoạt các phản ứng hóa học tạo thành các chuỗi dài, mỏng trong mô não và các chuỗi này quấn quanh các phân tử sinh học và chiếm không gian giữa các phân tử sinh học. Cuối cùng, điều này cho phép các phân tử trong não được tách ra. là những tay cầm nhỏ, những thanh polyme. Những tay cầm đó có thể chỉ là điểm của lực để kéo các phân tử ra xa nhau.
Vâng, khi đến thời điểm quan trọng, trước tiên chúng ta phải xử lý mẫu bằng hóa chất để phân tán các phân tử khỏi nhau và sau đó thêm nước và vật liệu trương nở này sẽ bắt đầu hấp thụ nước và các chuỗi polyme sẽ di chuyển đi và lần này các phân tử sinh học sẽ chuyển động theo chúng giống như một quả bóng với một bức tranh vẽ nếu nó được thổi lên, bức tranh trên quả bóng vẫn là bức tranh như vậy nhưng khoảng cách giữa các phân tử màu trên nó được mở rộng. Đây chính xác là những gì chúng ta làm, nhưng trong ba -không gian chiều.
Và một điểm cuối cùng. Như bạn có thể thấy, chúng tôi đã tô màu tất cả các phân tử sinh học là màu nâu vì chúng trông gần như giống nhau. Các phân tử sinh học được tạo thành từ các nguyên tử giống nhau, chỉ theo một thứ tự khác nhau. Cuối cùng, chúng ta còn một việc nữa phải làm . Để xác định chúng,
chúng ta cần sử dụng thuốc nhuộm phát quang làm chất đánh dấu để phân biệt chúng, vì vậy một phân tử sinh học có thể được đánh dấu màu xanh lam và màu đỏ khác, v.v. và đó là bước cuối cùng để chúng ta có thể quan sát não và các phân tử riêng lẻ vì chúng ta đã kéo các phân tử đủ để phân biệt chúng
Mong muốn của chúng tôi là biến cái vô hình thành cái nhìn thấy được, phóng to những thứ nhỏ, mờ và tiếp tục phóng to cho đến khi chúng trông giống như các chòm sao thông tin về cuộc sống. Video này cho thấy quá trình. Có một bộ não nhỏ trên đĩa. Thực ra đó là một một miếng mẫu não mà chúng tôi đã tiêm polyme vào. Bây giờ chúng tôi sẽ thêm nước. Những gì bạn đang thấy bây giờ là một đoạn video được chiếu nhanh hơn 60 lần. Mảnh mô não nhỏ này sẽ sưng lên, Nó sẽ phồng lên gấp trăm lần hoặc hơn. Điều lớn hơn là, bởi vì polyme rất nhỏ, chúng ta có thể tách các phân tử sinh học này một cách đồng đều. Quá trình này diễn ra chậm và có trật tự và dạng thông tin không bị bóp méo. Chúng ta chỉ giúp chúng ta quan sát dễ dàng hơn .
Bây giờ chúng ta có thể lấy một mô thần kinh thực của não, chẳng hạn như phần liên quan đến bộ nhớ này và phóng to để xem cấu trúc mạch thần kinh thực tế. Có thể một ngày nào đó chúng ta có thể đọc được một ký ức. Có thể chúng ta có thể thấy não xử lý cảm xúc như thế nào Trong quá trình này, trạng thái mạch của các dây thần kinh sọ và cách các dây thần kinh trong não được kết nối chính xác là những yếu tố quyết định sự khác biệt giữa suy nghĩ của mọi người. Tất nhiên, chúng tôi cũng hy vọng sẽ phân tích được nguyên nhân của các tổn thương não ở cấp độ phân tử. Hãy tưởng tượng, nếu chúng ta thực sự đi sâu vào các tế bào não và phát hiện ra rằng 17 trong số các phân tử trong mô não ban đầu đã bị bệnh, do đó bệnh nhân mắc chứng động kinh hoặc Parkinson và các bệnh khác, sẽ thật tuyệt nếu chúng ta có thể đưa những đột biến đó vào một cách có hệ thống. Liệt kê những mục tiêu sẽ trở thành mục tiêu cho các phương pháp điều trị của chúng tôi. Chúng tôi có thể nhắm mục tiêu những mục tiêu đó bằng thuốc. Có thể chúng tôi có thể tập trung vào các phần khác nhau của não để giúp hàng tỷ người trên thế giới mắc bệnh Parkinson, động kinh hoặc các tình trạng khác.
Có một hiện tượng thú vị đang xảy ra, hóa ra phương pháp này có thể giúp ích cho việc nghiên cứu của cả cộng đồng y sinh. Đây là mẫu vật sống của một bệnh nhân ung thư vú. Thực tế, hệ thống miễn dịch ung thư già đi và phát triển. Tất cả những quá trình này Tất nhiên, vấn đề là nó bắt đầu với các phân tử ở kích thước nano, những cỗ máy kích hoạt hoạt động của các tế bào và cơ quan. Chúng tôi hiện đang cố gắng tìm hiểu xem liệu chúng tôi có thể thực sự sử dụng
công nghệ này để lập bản đồ Cơ sở của nhiều loại bệnh. Chúng ta có thể nhìn thấy chính xác những thay đổi phân tử trong khối u để có thể phản ứng hiệu quả hơn và cung cấp thuốc trực tiếp đến nơi chúng ta muốn không?
Bạn biết đấy, nhiều loại thuốc có nguy cơ rủi ro rất cao và một số loại thuốc chưa được thiết lập để thực sự phát huy tác dụng. Tôi hy vọng chúng ta không chỉ làm những việc với suy nghĩ hạ cánh trên mặt trăng có nguy cơ cao mà hãy tìm ra cách đáng tin cậy hơn. Nếu bạn nghĩ về việc hạ cánh lên mặt trăng của chúng ta chương trình, phi hành gia hạ cánh lên mặt trăng Kỳ tích dựa trên nghiên cứu khoa học vững chắc. Chúng ta biết trọng lực, biết khí động học, biết cách chế tạo tên lửa. Những rủi ro của khoa học nằm trong tầm tay của chúng ta. Cho đến ngày nay, cuộc đổ bộ lên mặt trăng vẫn là một kỹ thuật tuyệt vời Kỳ tích. Nhưng trong y học, chúng ta không nhất thiết phải tuân theo các định luật. Chúng ta sẽ không thể tìm ra tất cả các định luật như lực hấp dẫn và khí động lực học. Tôi nghĩ với công nghệ mà tôi đang đề cập hôm nay, có lẽ một ngày nào đó chúng ta thực rút ra các định luật đó để chúng ta có thể phác thảo và lập bản đồ các mô hình của hệ thống sống và tìm ra cách khắc phục chúng Các bệnh dịch hoành hành chúng ta
Tôi và vợ có hai con nhỏ. Là một nhà kỹ thuật sinh học, tôi mong muốn cuộc sống sau này của các con sẽ tốt hơn cuộc sống của chúng tôi. Tôi hy vọng chúng tôi có thể tình cờ thực hiện nghiên cứu sinh học và y học. điều đó thực sự hiệu quả, được quyết định bởi kỹ năng và sự siêng năng, thì đó sẽ là một bước tiến vượt bậc