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  • Translator: Joseph Geni Reviewer: Morton Bast

    翻訳: Hisae Uchiyama 校正: Hidehito Sumitomo

  • So raise your hand if you know someone

    自分の家族や 友達の中の誰かが

  • in your immediate family or circle of friends

    何らかの精神病に 苦しんでいるという人は

  • who suffers from some form of mental illness.


  • Yeah. I thought so. Not surprised.

    ええ そうでしょう そうだと思いました

  • And raise your hand if you think that

    それでは ショウジョウバエの基礎研究が

  • basic research on fruit flies has anything to do


  • with understanding mental illness in humans.

    役立つと思う人は どれくらいいますか?

  • Yeah. I thought so. I'm also not surprised.

    ええ そうでしょうね 驚いてませんよ

  • I can see I've got my work cut out for me here.


  • As we heard from Dr. Insel this morning,

    今朝 インゼル博士の 話にもあったように

  • psychiatric disorders like autism, depression and schizophrenia

    自閉症、うつ病、統合失調症 などの精神疾患をもつ方は

  • take a terrible toll on human suffering.


  • We know much less about their treatment

    心の病気について その治療法や

  • and the understanding of their basic mechanisms

    基本的なメカニズムについて 我々は ほとんど知りません

  • than we do about diseases of the body.


  • Think about it: In 2013,

    考えてみてください 今世紀も10年以上経った

  • the second decade of the millennium,

    2013 年の今

  • if you're concerned about a cancer diagnosis

    もしあなたが がん検診を 受けようかと考えた場合

  • and you go to your doctor, you get bone scans,

    あなたは医者に行き レントゲンを撮り

  • biopsies and blood tests.


  • In 2013, if you're concerned about a depression diagnosis,

    同じく2013年 うつ病かなと心配になったら

  • you go to your doctor, and what do you get?

    医者に行って どんな検査を受けますか?

  • A questionnaire.


  • Now, part of the reason for this is that we have

    さて この理由の一つは

  • an oversimplified and increasingly outmoded view

    精神疾患の生物学的根拠に 対する 我々の見方が

  • of the biological basis of psychiatric disorders.

    単純化し ますます時代遅れに なっているからです

  • We tend to view them --


  • and the popular press aids and abets this view --

    大衆紙などが そそのかすのが

  • as chemical imbalances in the brain,

    これらの病気は 脳内の 化学物質の不均衡が原因で

  • as if the brain were some kind of bag of chemical soup

    まるで脳がドーパミン、セロトニン ノルエピネフリンがつまった

  • full of dopamine, serotonin and norepinephrine.

    化学物質の袋のようだ といいます

  • This view is conditioned by the fact


  • that many of the drugs that are prescribed to treat these disorders,

    非常に多くの薬物が 処方されるからです

  • like Prozac, act by globally changing brain chemistry,

    プロザック等の坑うつ剤は あたかも本当に 脳が化学物質の袋であるかのように

  • as if the brain were indeed a bag of chemical soup.


  • But that can't be the answer,


  • because these drugs actually don't work all that well.

    実際に これらの薬が うまく効くとは限らないからです

  • A lot of people won't take them, or stop taking them,

    多くの人が薬を飲もうとしない または途中で服用を中止します

  • because of their unpleasant side effects.


  • These drugs have so many side effects

    これらの薬には非常に多くの 副作用があります

  • because using them to treat a complex psychiatric disorder

    このような薬を使用して 複雑な精神障害を治療するということは

  • is a bit like trying to change your engine oil


  • by opening a can and pouring it all over the engine block.

    オイルの缶を開け エンジン全体に 注ぐようなものです

  • Some of it will dribble into the right place,


  • but a lot of it will do more harm than good.

    それ以外の多くには 害をもたらすのです

  • Now, an emerging view

    これについて 新しい考え方があります

  • that you also heard about from Dr. Insel this morning,

    今朝インゼル博士の発表で みなさんも聞いたように

  • is that psychiatric disorders are actually

    精神障害というのは 実際には

  • disturbances of neural circuits that mediate

    感情、気分、情緒を 仲介する神経回路の

  • emotion, mood and affect.


  • When we think about cognition,


  • we analogize the brain to a computer. That's no problem.

    我々は 脳をコンピューターに例えます

  • Well it turns out that the computer analogy


  • is just as valid for emotion.

    コンピューターに例えられる ということになります

  • It's just that we don't tend to think about it that way.

    通常 そのように 考えないだけです

  • But we know much less about the circuit basis

    しかし 精神疾患における 基礎回路について

  • of psychiatric disorders


  • because of the overwhelming dominance

    なぜなら 化学物質の不均衡が 原因だという仮説が

  • of this chemical imbalance hypothesis.

    圧倒的な優位性を 持っているからです

  • Now, it's not that chemicals are not important


  • in psychiatric disorders.

    重要でないという わけではありません

  • It's just that they don't bathe the brain like soup.

    ただ 化学物質がスープのように 脳全体を浸しているのとは違います

  • Rather, they're released in very specific locations

    むしろ ある特定の場所に放出されて

  • and they act on specific synapses


  • to change the flow of information in the brain.

    脳における情報の流れを 変更しているのです

  • So if we ever really want to understand

    私たちが精神疾患の 生物学的基礎を

  • the biological basis of psychiatric disorders,


  • we need to pinpoint these locations in the brain

    脳内でその化学物質が 働きかける場所を

  • where these chemicals act.


  • Otherwise, we're going to keep pouring oil all over our mental engines

    さもないと 心のエンジン全体に 私たちはオイルを注ぎ続け

  • and suffering the consequences.


  • Now to begin to overcome our ignorance

    脳回路内の化学物質の 役割に対する

  • of the role of brain chemistry in brain circuitry,


  • it's helpful to work on what we biologists call


  • "model organisms,"


  • animals like fruit flies and laboratory mice,

    ショウジョウバエや 実験マウスのような動物には

  • in which we can apply powerful genetic techniques

    強力な遺伝子技術を 適用することで

  • to molecularly identify and pinpoint

    分子レベルで特定の種類の ニューロンの場所を

  • specific classes of neurons,

    識別 特定することができます

  • as you heard about in Allan Jones's talk this morning.


  • Moreover, once we can do that,


  • we can actually activate specific neurons

    特定のニューロンを 活性化させることができ

  • or we can destroy or inhibit the activity of those neurons.

    もしくは ニューロンの活動を 破壊したり阻害することもできます

  • So if we inhibit a particular type of neuron,

    もし 特定の種類の ニューロンを抑制し

  • and we find that a behavior is blocked,

    ある行動がブロック されているのがわかれば

  • we can conclude that those neurons


  • are necessary for that behavior.

    その行動に必要不可欠であると 結論付けられます

  • On the other hand, if we activate a group of neurons

    一方 もしニューロン群を活性化し

  • and we find that that produces the behavior,


  • we can conclude that those neurons are sufficient for the behavior.

    そのニューロン群が その行動に 必要十分であると結論付けられます

  • So in this way, by doing this kind of test,


  • we can draw cause and effect relationships

    特定の回路にある 特定のニューロン活動と

  • between the activity of specific neurons


  • in particular circuits and particular behaviors,


  • something that is extremely difficult, if not impossible,

    これをすぐに 人間の体で実験することは

  • to do right now in humans.

    不可能ではないですが 非常に困難です

  • But can an organism like a fruit fly, which is --

    しかし ショウジョウバエ等の生物 というのは―

  • it's a great model organism


  • because it's got a small brain,


  • it's capable of complex and sophisticated behaviors,


  • it breeds quickly, and it's cheap.

    すぐに繁殖でき 安価です

  • But can an organism like this

    しかし このような生物というのは

  • teach us anything about emotion-like states?

    感情のような状態を私たちに 訴えることができるのでしょうか

  • Do these organisms even have emotion-like states,


  • or are they just little digital robots?


  • Charles Darwin believed that insects have emotion

    チャールズ・ダーウィンは 昆虫にも感情があり

  • and express them in their behaviors, as he wrote

    それを行動で表現できると 1872年発表の

  • in his 1872 monograph on the expression of the emotions in man and animals.

    人間と動物の感情表現に関する 論文の中で記述しています

  • And my eponymous colleague, Seymour Benzer, believed it as well.

    私の尊敬する同僚シーモア・ベンザーも そう信じていました

  • Seymour is the man that introduced the use of drosophila

    シーモアはモデル生物として ショウジョウバエの使用を導入し

  • here at CalTech in the '60s as a model organism

    60年代 ここカリフォルニア工科大学で

  • to study the connection between genes and behavior.


  • Seymour recruited me to CalTech in the late 1980s.

    私は1980年代後半にシーモアに雇われて カリフォルニア工科大学に在籍しました

  • He was my Jedi and my rabbi while he was here,

    私にとって彼はジェダイであり ラビ(ユダヤ教指導者)でした

  • and Seymour taught me both to love flies

    そしてシーモアは私に ショウジョウバエを愛し

  • and also to play with science.

    また科学を楽しむことを 教えてくれました

  • So how do we ask this question?

    さあ この質問はどうやって すればいいでしょうか

  • It's one thing to believe that flies have emotion-like states,

    まずハエに感情のような状態が あると信じた上で

  • but how do we actually find out whether that's true or not?

    しかし それが正しいかどうか どのように見分ければいいのでしょうか

  • Now, in humans we often infer emotional states,


  • as you'll hear later today, from facial expressions.

    今日この後お伝えしますが 感情を顔の表情から読みとります

  • However, it's a little difficult to do that in fruit flies.

    しかし ショウジョウバエとなると 少し難しいです

  • (Laughter)


  • It's kind of like landing on Mars


  • and looking out the window of your spaceship


  • at all the little green men who are surrounding it

    宇宙船を取り囲んでいる 小さな緑色の人たちを見ながら

  • and trying to figure out, "How do I find out


  • if they have emotions or not?"

    ―どうすれば調べられるだろうか」 と考えるようなものです

  • What can we do? It's not so easy.

    何ができるか それはそう簡単ではありません

  • Well, one of the ways that we can start

    我々ができる方法の1 つは

  • is to try to come up with some general characteristics

    感情に似た状態 例えば覚醒などの

  • or properties of emotion-like states

    一般的な特性や特徴を 見つけ出すことです

  • such as arousal, and see if we can identify

    これらの状態を表現している かもしれないハエの行動を

  • any fly behaviors that might exhibit some of those properties.


  • So three important ones that I can think of


  • are persistence, gradations in intensity, and valence.

    永続性や強さの度合い そして誘発性です

  • Persistence means long-lasting.

    永続性とは 長期的な継続行動のことです

  • We all know that the stimulus that triggers an emotion

    ご存知の通り 感情は一度引き起こされると

  • causes that emotion to last long after the stimulus is gone.


  • Gradations of intensity means what it sounds like.

    強さの度合いとは 言葉通りの意味です

  • You can dial up the intensity or dial down the intensity of an emotion.

    人は感情の度合いを 強めたり 弱めたりできます

  • If you're a little bit unhappy, the corners of your mouth

    少し悲しいとき 人は口角を下げ

  • turn down and you sniffle,


  • and if you're very unhappy, tears pour down your face

    とても悲しいときは 涙が頬をつたい

  • and you might sob.


  • Valence means good or bad, positive or negative.

    誘発性は 快か不快か 引かれるか回避か

  • So we decided to see if flies could be provoked into showing

    そこでハエが誘発されて 感情を表現するような行動を

  • the kind of behavior that you see

    取ることができるのか 検証してみることにしました

  • by the proverbial wasp at the picnic table,


  • you know, the one that keeps coming back to your hamburger


  • the more vigorously you try to swat it away,

    追い払おうとすればするほど 何度も帰ってきて

  • and it seems to keep getting irritated.

    イライラしているよう見える そんな行動です

  • So we built a device, which we call a puff-o-mat,

    我々はある装置を作り パフ・オ・マットと名づけました

  • in which we could deliver little brief air puffs to fruit flies

    研究室の実験台にある このプラスチック管から

  • in these plastic tubes in our laboratory bench

    息を吹き込んで 風をショウジョウバエに届け

  • and blow them away.


  • And what we found is that if we gave these flies


  • in the puff-o-mat several puffs in a row,

    パフ・オ・マットにいるハエに 何回か息を吹き込むと

  • they became somewhat hyperactive


  • and continued to run around for some time after the air puffs actually stopped

    吹き込みを停止した後も しばらくは飛び回り続け

  • and took a while to calm down.

    落ち着くのに しばらく時間がかかりました

  • So we quantified this behavior

    そこで我々は この行動を定量化するため

  • using custom locomotor tracking software


  • developed with my collaborator Pietro Perona,


  • who's in the electrical engineering division here at CalTech.

    彼はここカリフォルニア工科大学で 電気工学部に所属しています

  • And what this quantification showed us is that,


  • upon experiencing a train of these air puffs,


  • the flies appear to enter a kind of state of hyperactivity


  • which is persistent, long-lasting,

    それは永続的 長期的に続き

  • and also appears to be graded.

    また程度が段階的である ことが分かりました

  • More puffs, or more intense puffs,

    より多くの風 または より強い風を送ると

  • make the state last for a longer period of time.

    より長い期間 この状態が続きます

  • So now we wanted to try to understand something


  • about what controls the duration of this state.


  • So we decided to use our puff-o-mat

    そこで このパフ・オ・マットと

  • and our automated tracking software


  • to screen through hundreds of lines of mutant fruit flies

    何百匹ものショウジョウバエの 突然変異体をスクリーニングし

  • to see if we could find any that showed abnormal responses to the air puffs.

    風に対して異常な反応を示すものが いるかどうかを調べることにしました

  • And this is one of the great things about fruit flies.

    ここがショウジョウバエの 素晴らしい所の一つですが

  • There are repositories where you can just pick up the phone

    貯蔵庫があり 電話一本で簡単に

  • and order hundreds of vials of flies of different mutants

    何百本もの 異なる変異体の 試用びんをオーダーでき

  • and screen them in your assay and then find out

    それらをスクリーニング 分析して

  • what gene is affected in the mutation.

    どの遺伝子が突然変異の影響を 受けるのか見つけ出せます

  • So doing the screen, we discovered one mutant

    スクリーニングをしていると 1 つの突然変異体が

  • that took much longer than normal to calm down

    風を送った後 落ち着くまでに

  • after the air puffs,

    通常よりも時間が かかることがわかり

  • and when we examined the gene that was affected in this mutation,

    さらに 突然変異の影響を受けた 遺伝子を検査した結果

  • it turned out to encode a dopamine receptor.

    ドーパミン受容体をコードする 遺伝子であることがわかりました

  • That's right -- flies, like people, have dopamine,

    そうです ハエは人と同様に ドーパミンを持ち

  • and it acts on their brains and on their synapses


  • through the same dopamine receptor molecules


  • that you and I have.


  • Dopamine plays a number of important functions in the brain,

    ドーパミンは脳で 多くの重要な機能を持っています

  • including in attention, arousal, reward,


  • and disorders of the dopamine system have been linked


  • to a number of mental disorders including drug abuse,


  • Parkinson's disease, and ADHD.

    薬物乱用 パーキンソン病や ADHDなどです

  • Now, in genetics, it's a little counterintuitive.


  • We tend to infer the normal function of something

    我々はある物質の 通常の役割を調べるのに

  • by what doesn't happen when we take it away,

    その物質を取り除いたとき 何が「起こらないか」で結論付けます

  • by the opposite of what we see when we take it away.

    取り除いて何が「起こるか」は 普通見ません

  • So when we take away the dopamine receptor


  • and the flies take longer to calm down,

    ハエを落ち着かせるのに 時間がかかる場合

  • from that we infer that the normal function of this receptor and dopamine

    受容体とドーパミンの 通常の役割が

  • is to cause the flies to calm down faster after the puff.

    より早くハエを落ち着かせることだと 我々は推測するのです

  • And that's a bit reminiscent of ADHD,

    ADHD のことを少し連想させますが

  • which has been linked to disorders of the dopamine system in humans.


  • Indeed, if we increase the levels of dopamine in normal flies

    もし通常のハエに コカインを与えて

  • by feeding them cocaine

    ドーパミンの レベルを上げると

  • after getting the appropriate DEA license

    適切な麻薬取り締まり局のライセンスを 取得してからですが

  • oh my God -- (Laughter) —

    大変です (笑)

  • we find indeed that these cocaine-fed flies

    実際 コカインを与えたハエは

  • calm down faster than normal flies do,


  • and that's also reminiscent of ADHD,

    これはまた ADHD のようですが

  • which is often treated with drugs like Ritalin

    しばしばリタリンのような 薬を処方されます

  • that act similarly to cocaine.

    コカインと同じような役割を 果たすからです

  • So slowly I began to realize that what started out


  • as a rather playful attempt to try to annoy fruit flies

    遊びのような感覚で始めた ハエを怒らせるという試みが

  • might actually have some relevance to a human psychiatric disorder.

    実は ヒトの精神疾患に 関係があるかもしれないのです

  • Now, how far does this analogy go?

    では どこまでこの類推が 当てはまるのでしょう

  • As many of you know, individuals afflicted with ADHD

    多くの方がご存知の通り ADHDに悩まされる方は

  • also have learning disabilities.


  • Is that true of our dopamine receptor mutant flies?

    これはドーパミン受容体に変異を持つハエにも 同様のことが言えるのでしょうか

  • Remarkably, the answer is yes.

    驚くことに 答えはイエスです

  • As Seymour showed back in the 1970s,


  • flies, like songbirds, as you just heard,

    ハエは 鳴き鳥同様

  • are capable of learning.


  • You can train a fly to avoid an odor, shown here in blue,

    ここに青い香水ありますが この匂いと同時にショックを与えれば

  • if you pair that odor with a shock.

    ハエにその匂いを避けるように 刷り込むことができます

  • Then when you give those trained flies the chance to choose


  • between a tube with the shock-paired odor and another odor,

    ショック有の匂いと 別の匂いの入った管を選ばせると

  • it avoids the tube containing the blue odor that was paired with shock.

    ショック有の青い香水が入った 管を避けるのです

  • Well, if you do this test on dopamine receptor mutant flies,

    これをドーパミン受容体に 変異のあるハエに行うと

  • they don't learn. Their learning score is zero.

    彼らは学びません 学習スコアはゼロです

  • They flunk out of CalTech.