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.