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  • Think about your day for a second.

    翻訳: Keiichi Kudo 校正: Natsuhiko Mizutani

  • You woke up, felt fresh air on your face as you walked out the door,

    皆さんの日常について考えてみてください

  • encountered new colleagues and had great discussions,

    起床し 外に出て清々しい風を感じ

  • and felt in awe when you found something new.

    新しい同僚と良い議論をし

  • But I bet there's something you didn't think about today --

    新しい発見に感動するでしょう

  • something so close to home

    でもたぶん気にも留めなかったことがあるはずです

  • that you probably don't think about it very often at all.

    実に当たり前すぎて

  • And that's that all the sensations, feelings,

    普段はまったく意識されないことです

  • decisions and actions

    それは感覚や感情

  • are mediated by the computer in your head

    決断や行動などは

  • called the brain.

    頭の中にあって脳と呼ばれるコンピュータが

  • Now the brain may not look like much from the outside --

    仕切っているということです

  • a couple pounds of pinkish-gray flesh,

    外見上 脳は大したものには見えません

  • amorphous --

    1kg 程度のピンクがかった灰色の

  • but the last hundred years of neuroscience

    不定形の肉なのですが

  • have allowed us to zoom in on the brain,

    過去百年の神経科学の発展により

  • and to see the intricacy of what lies within.

    脳を詳細に観察できるようになり

  • And they've told us that this brain

    その複雑さを研究できるようになりました

  • is an incredibly complicated circuit

    その結果 脳は

  • made out of hundreds of billions of cells called neurons.

    数千億のニューロンと呼ばれる細胞が織りなす

  • Now unlike a human-designed computer,

    複雑な回路から成っていることが分かりました

  • where there's a fairly small number of different parts --

    人間が設計したコンピュータの

  • we know how they work, because we humans designed them --

    部品の種類は少ないのですが

  • the brain is made out of thousands of different kinds of cells,

    これは我々が設計したので仕組みは分かっていますが --

  • maybe tens of thousands.

    脳は数千種類の多様な細胞から出来ています

  • They come in different shapes; they're made out of different molecules.

    数万種類かもしれません

  • And they project and connect to different brain regions,

    形も違っていますし 構成する分子も違います

  • and they also change different ways in different disease states.

    それぞれが様々な脳部位へと繋がっています

  • Let's make it concrete.

    また様々な病気で 様々に変化します

  • There's a class of cells,

    具体的にお話ししましょう

  • a fairly small cell, an inhibitory cell, that quiets its neighbors.

    近隣細胞を不活性化する

  • It's one of the cells that seems to be atrophied in disorders like schizophrenia.

    抑制細胞という比較的小さな細胞があります

  • It's called the basket cell.

    これは統合失調症などで萎縮が見られる細胞です

  • And this cell is one of the thousands of kinds of cell

    籠細胞と呼ばれます

  • that we are learning about.

    我々が研究している数千種類の

  • New ones are being discovered everyday.

    細胞の内の一つです

  • As just a second example:

    新種の細胞が日々発見されています

  • these pyramidal cells, large cells,

    もう一つ 例として

  • they can span a significant fraction of the brain.

    この大きな錐体細胞は

  • They're excitatory.

    多くの脳部位に存在しています

  • And these are some of the cells

    これは興奮性の細胞であり

  • that might be overactive in disorders such as epilepsy.

    てんかんなどで

  • Every one of these cells

    過剰活性していると思われる細胞の一つです

  • is an incredible electrical device.

    これらの細胞一つ一つが

  • They receive input from thousands of upstream partners

    驚くべき電気装置なのです

  • and compute their own electrical outputs,

    数千個の上流の細胞から入力を受け取り

  • which then, if they pass a certain threshold,

    自身の電気出力を計算し

  • will go to thousands of downstream partners.

    それが一定の閾値を超えている場合

  • And this process, which takes just a millisecond or so,

    数千個の下流の細胞へ出力します

  • happens thousands of times a minute

    1ミリ秒ほどで起きるこのプロセスは

  • in every one of your 100 billion cells,

    1千億個の細胞全てで

  • as long as you live

    毎分何千回も繰り返されます

  • and think and feel.

    皆さんが生きていて

  • So how are we going to figure out what this circuit does?

    考え 感じている限りにおいて

  • Ideally, we could go through the circuit

    どうしたらこの回路の働きを解明できるでしょう?

  • and turn these different kinds of cell on and off

    理想は 回路を構成している

  • and see whether we could figure out

    全細胞をオンオフして どの種類の細胞が

  • which ones contribute to certain functions

    どの機能に寄与しているかとか

  • and which ones go wrong in certain pathologies.

    どの病態でおかしくなるか

  • If we could activate cells, we could see what powers they can unleash,

    調べていくことです

  • what they can initiate and sustain.

    細胞を活性化できれば それが何を引き起こし

  • If we could turn them off,

    何を維持するか 調べられます

  • then we could try and figure out what they're necessary for.

    不活性化できれば

  • And that's a story I'm going to tell you about today.

    それが何に必要な細胞か分かります

  • And honestly, where we've gone through over the last 11 years,

    これが本日 私がお話しする内容です

  • through an attempt to find ways

    我々はこれまでの 11 年間

  • of turning circuits and cells and parts and pathways of the brain

    脳の回路 細胞 組織 経路を

  • on and off,

    オンオフする方法を

  • both to understand the science

    模索してきました

  • and also to confront some of the issues

    科学を理解するため

  • that face us all as humans.

    また人間として我々が直面する

  • Now before I tell you about the technology,

    数々の問題に立ち向かうためにです

  • the bad news is that a significant fraction of us in this room,

    技術的なお話をする前に

  • if we live long enough,

    残念なことに 長生きしていくと

  • will encounter, perhaps, a brain disorder.

    我々はかなりの割合で

  • Already, a billion people

    脳疾患に罹ります

  • have had some kind of brain disorder

    既に十億人が

  • that incapacitates them,

    機能障害を及ぼす

  • and the numbers don't do it justice though.

    脳疾患に罹っています

  • These disorders -- schizophrenia, Alzheimer's,

    この数字だけでは実態を伝えるには不十分です

  • depression, addiction --

    統合失調症 アルツハイマー病

  • they not only steal our time to live, they change who we are.

    うつ病 依存症などの障害は

  • They take our identity and change our emotions

    我々の寿命を削るだけでなく 我々自身を変容させます

  • and change who we are as people.

    自己同一性を奪い 感情を変え

  • Now in the 20th century,

    人間としての我々を変えます

  • there was some hope that was generated

    20 世紀には

  • through the development of pharmaceuticals for treating brain disorders,

    脳障害を治療する

  • and while many drugs have been developed

    薬剤の開発がずいぶん期待されたものでした

  • that can alleviate symptoms of brain disorders,

    脳障害の症状を緩和する

  • practically none of them can be considered to be cured.

    たくさんの治療薬が開発される一方

  • And part of that's because we're bathing the brain in the chemical.

    実際に完治できる薬はできませんでした

  • This elaborate circuit

    その理由の一つは脳が化学物質に浸かっているためです

  • made out of thousands of different kinds of cell

    数千種類の細胞からなる

  • is being bathed in a substance.

    脳の精巧な回路は

  • That's also why, perhaps, most of the drugs, and not all, on the market

    化学物質に浸っています

  • can present some kind of serious side effect too.

    全てではないけれど 市販のほとんどの薬が

  • Now some people have gotten some solace

    深刻な副作用を引き起こす理由でしょう

  • from electrical stimulators that are implanted in the brain.

    脳に埋め込んだ電気刺激器で

  • And for Parkinson's disease,

    ある程度助かっている人もいます

  • Cochlear implants,

    パーキンソン病と

  • these have indeed been able

    人工内耳に関しては

  • to bring some kind of remedy

    この電気刺激機器が

  • to people with certain kinds of disorder.

    ある種の障害に対する

  • But electricity also will go in all directions --

    助けとなってきました

  • the path of least resistance,

    しかし電流は全方向へ流れます

  • which is where that phrase, in part, comes from.

    抵抗の低い部位を

  • And it also will affect normal circuits as well as the abnormal ones that you want to fix.

    経路として流れていきます

  • So again, we're sent back to the idea

    従って電気刺激は治したい異常回路と正常な回路 両方に影響します

  • of ultra-precise control.

    そうして再び我々は

  • Could we dial-in information precisely where we want it to go?

    超精密制御の考えに戻るのです

  • So when I started in neuroscience 11 years ago,

    信号を思い通りに制御できるのか?

  • I had trained as an electrical engineer and a physicist,

    11 年前に神経科学を始めたとき

  • and the first thing I thought about was,

    私は電気と物理が専門だったので

  • if these neurons are electrical devices,

    最初に考えたことは

  • all we need to do is to find some way

    ニューロンが電気装置ならば

  • of driving those electrical changes at a distance.

    その電気的変化を遠隔操作する方法を

  • If we could turn on the electricity in one cell,

    見つければよいということでした

  • but not its neighbors,

    もし隣接細胞は発火させずに

  • that would give us the tool we need to activate and shut down these different cells,

    一つの細胞だけを発火させられたら

  • figure out what they do and how they contribute

    様々な細胞を活性および抑制するツールが得られ

  • to the networks in which they're embedded.

    そして個々が何をし そのネットワーク上で

  • And also it would allow us to have the ultra-precise control we need

    どのように役割を果たしているかが分かります

  • in order to fix the circuit computations

    また同時に正常な計算ができなくなった回路を

  • that have gone awry.

    元通りにするための

  • Now how are we going to do that?

    超精密制御が可能となります

  • Well there are many molecules that exist in nature,

    どうしたら実現できるでしょう?

  • which are able to convert light into electricity.

    自然界には光を電気へと変換できる分子が

  • You can think of them as little proteins

    多数存在しています

  • that are like solar cells.

    太陽電池のように働く

  • If we can install these molecules in neurons somehow,

    小さなタンパク質だと考えてください

  • then these neurons would become electrically drivable with light.

    この分子をどうにかしてニューロンに導入できれば

  • And their neighbors, which don't have the molecule, would not.

    そのニューロンは光刺激で活性化させられます

  • There's one other magic trick you need to make this all happen,

    この分子を持たない隣接細胞は反応しません

  • and that's the ability to get light into the brain.

    これを実際のものにするには 更に

  • And to do that -- the brain doesn't feel pain -- you can put --

    脳内に光刺激を届けるための工夫が必要です

  • taking advantage of all the effort

    そのために 痛覚のない脳に

  • that's gone into the Internet and communications and so on --

    インターネットや通信技術などの

  • optical fibers connected to lasers

    成果である光ファイバーを挿入します

  • that you can use to activate, in animal models for example,

    光ファイバーにニューロンを

  • in pre-clinical studies,

    活性化させるためのレーザーを接続し

  • these neurons and to see what they do.

    動物を使った前臨床実験で

  • So how do we do this?

    ニューロンの振る舞いを観察します

  • Around 2004,

    これはどうやるのでしょうか?

  • in collaboration with Gerhard Nagel and Karl Deisseroth,

    2004 年頃に

  • this vision came to fruition.

    ゲルハルト・ナゲルとカール・ダイセロスと共同して

  • There's a certain alga that swims in the wild,

    この構想は実現しました

  • and it needs to navigate towards light

    野性の藻には

  • in order to photosynthesize optimally.

    適切に光合成を行うために

  • And it senses light with a little eye-spot,

    光へ向かって移動するものが存在します

  • which works not unlike how our eye works.

    我々の目とは異なる仕組みの

  • In its membrane, or its boundary,

    小さな眼点で光を感知します

  • it contains little proteins

    その細胞膜には

  • that indeed can convert light into electricity.

    光を電気へと変換できる

  • So these molecules are called channelrhodopsins.

    小さなタンパク質が含まれています

  • And each of these proteins acts just like that solar cell that I told you about.

    これはチャネルロドプシンと呼ばれるものです

  • When blue light hits it, it opens up a little hole

    このタンパク質は先ほど触れた太陽電池のように振る舞います

  • and allows charged particles to enter the eye-spot,

    青い光で刺激されると小さな穴を開き

  • and that allows this eye-spot to have an electrical signal

    荷電粒子を眼点内へ取り込みます

  • just like a solar cell charging up a battery.

    それによって太陽電池が充電するのと同様に

  • So what we need to do is to take these molecules

    眼点は電気信号を溜めます

  • and somehow install them in neurons.

    我々がしなければならなかったのは

  • And because it's a protein,

    この分子を抽出しニューロンへ導入することでした

  • it's encoded for in the DNA of this organism.

    それはタンパク質なので

  • So all we've got to do is take that DNA,

    その藻の DNA 内にコードされています

  • put it into a gene therapy vector, like a virus,

    あとはその DNA を抽出し

  • and put it into neurons.

    遺伝子治療用ベクターというウィルスみたいなものに取り込み

  • So it turned out that this was a very productive time in gene therapy,

    それをニューロンに導入すれば良いだけでした

  • and lots of viruses were coming along.

    これは遺伝子治療が大いに進んだ時期で

  • So this turned out to be very simple to do.

    たくさんのウィルスが登場しており

  • And early in the morning one day in the summer of 2004,

    やってみると簡単なことでした

  • we gave it a try, and it worked on the first try.

    2004 年の夏のある朝に実験し

  • You take this DNA and you put it into a neuron.

    最初の試行で成功しました

  • The neuron uses its natural protein-making machinery

    この DNA を抽出しニューロンに導入するのです

  • to fabricate these little light-sensitive proteins

    ニューロン自身のタンパク質生成機能が

  • and install them all over the cell,

    あの感光タンパク質を組み立て

  • like putting solar panels on a roof,

    ソーラーパネルを設置するが如く

  • and the next thing you know,

    全ての細胞に導入します

  • you have a neuron which can be activated with light.

    そうすると

  • So this is very powerful.

    光刺激で活性化させられるニューロンの出来上がりです

  • One of the tricks you have to do

    これは非常に強力です

  • is to figure out how to deliver these genes to the cells that you want

    工夫が必要なのは

  • and not all the other neighbors.

    隣接細胞ではなく目的の細胞だけに

  • And you can do that; you can tweak the viruses

    この遺伝子を導入する方法です

  • so they hit just some cells and not others.

    これは可能です まずウィルスを

  • And there's other genetic tricks you can play

    特定の細胞にだけ取り付くよう改造します

  • in order to get light-activated cells.

    光で活性化する細胞を作るための

  • This field has now come to be known as optogenetics.

    遺伝子の工夫はまだあります

  • And just as one example of the kind of thing you can do,

    この分野は光遺伝学として知られるようになりました

  • you can take a complex network,

    その一例として複雑なネットワークを

  • use one of these viruses to deliver the gene

    取り上げてみます

  • just to one kind of cell in this dense network.

    高密度なネットワークに存在する

  • And then when you shine light on the entire network,

    一種類の細胞にだけ ウィルスを用いて遺伝子を導入できます

  • just that cell type will be activated.

    そしてネットワーク全体に対して光を照らすと

  • So for example, lets sort of consider that basket cell I told you about earlier --

    その種類の細胞だけが活性化します

  • the one that's atrophied in schizophrenia

    例えば先ほどの籠細胞を取り上げてみましょう

  • and the one that is inhibitory.

    統合失調症において萎縮してしまう

  • If we can deliver that gene to these cells --

    抑制系の細胞です

  • and they're not going to be altered by the expression of the gene, of course --

    この細胞の表現系を変化させずに

  • and then flash blue light over the entire brain network,

    先の遺伝子を導入できれば

  • just these cells are going to be driven.

    脳のネットワーク全体に青い光を照射して

  • And when the light turns off, these cells go back to normal,

    この細胞だけを活性化できます

  • so they don't seem to be averse against that.

    照射を止めれば細胞は正常状態に戻るので

  • Not only can you use this to study what these cells do,

    特に悪影響もないでしょう

  • what their power is in computing in the brain,

    この技術を用いれば細胞の働きや

  • but you can also use this to try to figure out --

    脳全体における役割だけでなく

  • well maybe we could jazz up the activity of these cells,

    籠細胞が本当に萎縮しているとしたら

  • if indeed they're atrophied.

    そのことを明らかにし

  • Now I want to tell you a couple of short stories

    籠細胞の活動を活性化できます

  • about how we're using this,

    では我々がこの技術を

  • both at the scientific, clinical and pre-clinical levels.

    科学 臨床 前臨床 それぞれの段階で

  • One of the questions we've confronted

    どう利用しているかお話ししたいと思います

  • is, what are the signals in the brain that mediate the sensation of reward?

    我々が取り組んだ問題の一つは

  • Because if you could find those,

    報酬という感覚を脳内で媒介する信号は何かというものです

  • those would be some of the signals that could drive learning.

    なぜならこれを発見できれば

  • The brain will do more of whatever got that reward.

    学習を促進する信号に成り得るからです

  • And also these are signals that go awry in disorders such as addiction.

    脳は報酬を得たことを より実行します

  • So if we could figure out what cells they are,

    またその報酬信号は中毒などの障害では異常になります

  • we could maybe find new targets

    従ってどの細胞かを解明できれば

  • for which drugs could be designed or screened against,

    薬の設計やスクリーニングに有効な

  • or maybe places where electrodes could be put in

    新たな創薬ターゲットの発見や

  • for people who have very severe disability.

    重症患者に対する適切な

  • So to do that, we came up with a very simple paradigm

    電極刺激部位の同定に繋がるかもしれません

  • in collaboration with the Fiorella group,

    そのために我々はフィオレッラグループと共同で

  • where one side of this little box,

    ある単純なパラダイムを作りました

  • if the animal goes there, the animal gets a pulse of light

    この小さな箱の一方に

  • in order to make different cells in the brain sensitive to light.

    動物が移動すると 脳の感光性細胞を活性化する

  • So if these cells can mediate reward,

    光のパルスが照射されるようにしました

  • the animal should go there more and more.

    従って その細胞が報酬を媒介している場合

  • And so that's what happens.

    動物は光が照射される方へ行くようになるはずです

  • This animal's going to go to the right-hand side and poke his nose there,

    そしてその通りの結果が出ました

  • and he gets a flash of blue light every time he does that.

    この動物が右側の穴を鼻で突くと

  • And he'll do that hundreds and hundreds of times.

    その度に青い光が照射されるようにしました

  • These are the dopamine neurons,

    彼は何百回とこれを繰り返します

  • which some of you may have heard about, in some of the pleasure centers in the brain.

    これらはドーパミンニューロンによるものです

  • Now we've shown that a brief activation of these

    快楽に関わる物質としてご存じの方もいるでしょう

  • is enough, indeed, to drive learning.

    学習を促進するにはこれを少し

  • Now we can generalize the idea.

    活性化すればよいことが分かりました

  • Instead of one point in the brain,

    次に このアイデアを拡張し

  • we can devise devices that span the brain,

    脳の一点だけでなく

  • that can deliver light into three-dimensional patterns --

    脳全体に対して立体的に光を照射できる

  • arrays of optical fibers,

    機器を用意します

  • each coupled to its own independent miniature light source.

    独立した小型の光源に接続した

  • And then we can try to do things