for the human brain.

脳は常に

We chart it, we've described it,

人を魅了してきました

we've drawn it,

人は脳の構造を研究して記録し

we've mapped it.

図に描いて

Now just like the physical maps of our world

地図を作りました

that have been highly influenced by technology --

さてGoogle MapsやGPSのように

think Google Maps,

テクノロジーの恩恵に授かった

think GPS --

物理地図と同様に

the same thing is happening for brain mapping

脳マッピングも

through transformation.

今 変革の時を

So let's take a look at the brain.

迎えているのです

Most people, when they first look at a fresh human brain,

それでは脳を見てみましょう

they say, "It doesn't look what you're typically looking at

新鮮な脳を見ると大抵の人は

when someone shows you a brain."

「いつも見せてもらっているものと

Typically, what you're looking at is a fixed brain. It's gray.

少し違うな」と言います

And this outer layer, this is the vasculature,

通例 目にするものは灰色の固定標本なんです

which is incredible, around a human brain.

さて 外側は高度に発達した

This is the blood vessels.

脈管系です

20 percent of the oxygen

赤い部分は血管です

coming from your lungs,

肺から送りだされる酸素の20%と

20 percent of the blood pumped from your heart,

心臓から送り出される血流の

is servicing this one organ.

20%がこの単一の

That's basically, if you hold two fists together,

器官で消費されています

it's just slightly larger than the two fists.

大きさはというと

Scientists, sort of at the end of the 20th century,

拳２つをわずかに上回る程度です

learned that they could track blood flow

研究者は20世紀の終わり頃に

to map non-invasively

血流を追跡することで

where activity was going on in the human brain.

脳を侵襲することなく

So for example, they can see in the back part of the brain,

脳の活動部位を特定するに至りました

which is just turning around there.

例えば脳の

There's the cerebellum; that's keeping you upright right now.

後方の部分には

It's keeping me standing. It's involved in coordinated movement.

垂直でいたり 立っていたりするなど

On the side here, this is temporal cortex.

協調運動を司る小脳があります

This is the area where primary auditory processing --

こちら側には側頭皮質が見えます

so you're hearing my words,

ここで一次聴覚が処理され

you're sending it up into higher language processing centers.

聴き取った単語を高次の

Towards the front of the brain

言語処理センターに送りだします

is the place in which all of the more complex thought, decision making --

脳の前方部では

it's the last to mature in late adulthood.

より複雑な思考や意志決定が行われます

This is where all your decision-making processes are going on.

成熟は最も遅く 成人期の後半です

It's the place where you're deciding right now

全ての意志決定プロセスはここで処理されます

you probably aren't going to order the steak for dinner.

「今晩 ステーキは注文しない」

So if you take a deeper look at the brain,

といった意志決定はこの部分で行われています

one of the things, if you look at it in cross-section,

脳を掘り下げて

what you can see

その断面図を眺めてみると

is that you can't really see a whole lot of structure there.

たいした脳構造は

But there's actually a lot of structure there.

見当たらないように見えますが

It's cells and it's wires all wired together.

ここにも脳構造はあるのです

So about a hundred years ago,

細胞とケーブルは全て繋がっています

some scientists invented a stain that would stain cells.

約100年前 研究者が

And that's shown here in the the very light blue.

細胞を染める染色剤を開発しました

You can see areas

画面上の薄い青色の部分は

where neuronal cell bodies are being stained.

神経細胞体です

And what you can see is it's very non-uniform. You see a lot more structure there.

分布はとても不均等ですね

So the outer part of that brain

もっと構造が見えます

is the neocortex.

さて脳の外側には

It's one continuous processing unit, if you will.

新皮質があります

But you can also see things underneath there as well.

これは一連の処理装置とでも呼びましょうか

And all of these blank areas

この下にもまだ見るものはたくさんあります

are the areas in which the wires are running through.

そしてこの染色されていない部分は全て

They're probably less cell dense.

ワイヤー(軸索)が通っている部分で

So there's about 86 billion neurons in our brain.

細胞密度は低いはずです

And as you can see, they're very non-uniformly distributed.

脳内にはおよそ860億のニューロンが存在します

And how they're distributed really contributes

ご覧の通り分布はとても不均等ですが

to their underlying function.

この分布こそが脳の機能と

And of course, as I mentioned before,

密接に関連しているのです

since we can now start to map brain function,

もちろん説明した通り

we can start to tie these into the individual cells.

脳機能マッピングが可能となり始め

So let's take a deeper look.

個々の細胞を機能と結び付けることも始められます

Let's look at neurons.

それでは細かく見ていきましょう

So as I mentioned, there are 86 billion neurons.

初めにニューロンが見えてきます

There are also these smaller cells as you'll see.

ニューロンの数は860億です

These are support cells -- astrocytes glia.

より小さな細胞が見えてきますよ

And the nerves themselves

アストロサイトグリアという支持細胞です

are the ones who are receiving input.

この神経自身が

They're storing it, they're processing it.

入力情報を受信し

Each neuron is connected via synapses

蓄え　処理します

to up to 10,000 other neurons in your brain.

脳内の各ニューロンはシナプスを通じて最大で

And each neuron itself

１万のニューロンと連結されます

is largely unique.

それぞれのニューロンが

The unique character of both individual neurons

独自性を備えています

and neurons within a collection of the brain

各ニューロンと集合体としての

are driven by fundamental properties

ニューロンの特徴の両方を

of their underlying biochemistry.

決定しているのは表に見えない基本的な

These are proteins.

生化学的性質なのです

They're proteins that are controlling things like ion channel movement.

これはタンパク質です

They're controlling who nervous system cells partner up with.

イオンチャンネルの動きを制御する働きがあり

And they're controlling

神経細胞の連結を管理するだけではなく

basically everything that the nervous system has to do.

神経系の機能は全て

So if we zoom in to an even deeper level,

タンパク質がコントロールしています

all of those proteins

更に倍率を上げて見ましょう　すると

are encoded by our genomes.

タンパク質は全てゲノムに

We each have 23 pairs of chromosomes.

コード化されています

We get one from mom, one from dad.

人間は23対の染色体を持っています

And on these chromosomes

両親のそれぞれから一つずつを受け継ぎます

are roughly 25,000 genes.

この染色体の中には

They're encoded in the DNA.

おおよそ25000の遺伝子があり

And the nature of a given cell

全てDNAとしてコード化されています

driving its underlying biochemistry

脳細胞がその基盤である

is dictated by which of these 25,000 genes

生化学的機能を左右する性質は

are turned on

この25000のうちのどの遺伝子が

and at what level they're turned on.

活性化されているか　またその活性化の度合いにより

And so our project

決定されます

is seeking to look at this readout,

私たちのプロジェクトでは

understanding which of these 25,000 genes is turned on.

活性化した遺伝子を

So in order to undertake such a project,

特定することを目指しています

we obviously need brains.

このプロジェクトにはもちろん

So we sent our lab technician out.

脳が必要となります

We were seeking normal human brains.

私たちは実験補助者を送り出して

What we actually start with

正常な脳を探しています

is a medical examiner's office.

まずは死体が運び込まれる

This a place where the dead are brought in.

検死官の事務所から

We are seeking normal human brains.

当たります

There's a lot of criteria by which we're selecting these brains.

正常な人な脳を求めています

We want to make sure

選定にはいくつもの基準があります

that we have normal humans between the ages of 20 to 60,

年齢は20から60歳

they died a somewhat natural death

自然死した人で

with no injury to the brain,

脳には傷がついていないこと

no history of psychiatric disease,

精神疾患歴がないこと

no drugs on board --

薬物使用歴がないこと

we do a toxicology workup.

加えて毒物学検査も行います

And we're very careful

更に提供していただく脳にも

about the brains that we do take.

細心の注意を払っています

We're also selecting for brains

この他 親族の同意の下

in which we can get the tissue,

死後24時間以内に

we can get consent to take the tissue

脳組織を採取できる

within 24 hours of time of death.

脳を選んでいます

Because what we're trying to measure, the RNA --

私たちの研究しているRNAというのは

which is the readout from our genes --

遺伝子情報の読み出しなのですが

is very labile,

変性しやすいために

and so we have to move very quickly.

すぐに処理しなくてはいけません

One side note on the collection of brains:

脳採集の豆知識になりますが

because of the way that we collect,

私たちの収集方法や

and because we require consent,

同意の必要性もあって

we actually have a lot more male brains than female brains.

女性のものより男性の脳が多く手に入ります

Males are much more likely to die an accidental death in the prime of their life.

男性が壮年に事故死する可能性は女性より高く

And men are much more likely

更に配偶者から

to have their significant other, spouse, give consent

臓器提供の同意が得られるのは

than the other way around.

得てして男性なのです

(Laughter)

(笑)

So the first thing that we do at the site of collection

さて脳を入手してまず初めにすることは

is we collect what's called an MR.

MR画像の撮影です

This is magnetic resonance imaging -- MRI.

磁気共鳴映像法と呼ばれるものです

It's a standard template by which we're going to hang the rest of this data.

標準データとして残りのデータの参照に使います

So we collect this MR.

こうして集めたMR画像は

And you can think of this as our satellite view for our map.

脳の衛星画像だと思って下さい

The next thing we do

その次に行うのが

is we collect what's called a diffusion tensor imaging.

拡散テンソル画像の撮影です

This maps the large cabling in the brain.

脳内の線維連絡を画像化します

And again, you can think of this

こちらは言い方を変えれば

as almost mapping our interstate highways, if you will.

脳内の高速道路を映し出したものです

The brain is removed from the skull,

頭蓋骨から取り出された脳は

and then it's sliced into one-centimeter slices.

１cm厚にスライスされていきます

And those are frozen solid,

このように凍結し

and they're shipped to Seattle.

シアトルに発送されます

And in Seattle, we take these --

シアトルではというと

this is a whole human hemisphere --

この脳半球全部を

and we put them into what's basically a glorified meat slicer.

ハイテクなミートスライサーにかけます

There's a blade here that's going to cut across

この刃が

a section of the tissue

脳の組織をスライスし

and transfer it to a microscope slide.

顕微鏡のスライドグラスに乗せます

We're going to then apply one of those stains to it,

その後 染色を施し

and we scan it.

スキャンにかけます

And then what we get is our first mapping.

こうして最初の地図が得られます

So this is where experts come in

ここで専門家が基本的な

and they make basic anatomic assignments.

解剖学的特定を行います

You could consider this state boundaries, if you will,

このきれいな縁取りを

those pretty broad outlines.

州の境界とでも思って下さい

From this, we're able to then fragment that brain into further pieces,

ここから　更に脳を細分化していき

which then we can put on a smaller cryostat.

小型の凍結切片作成機にかけます

And this is just showing this here --

これは凍結された脳を

this frozen tissue, and it's being cut.

スライスしているところです

This is 20 microns thin, so this is about a baby hair's width.

厚さは赤ん坊の髪と同じ20ミクロンです

And remember, it's frozen.

これでもまだ凍っているんですよ

And so you can see here,

ご覧の通り少し時代遅れではありますが

old-fashioned technology of the paintbrush being applied.

ブラシを使って

We take a microscope slide.

スライドグラスの上に載せ

Then we very carefully melt onto the slide.

細心の注意を払ってこれを溶かします

This will then go onto a robot

その後染色ロボットで

that's going to apply one of those stains to it.

染色します

And our anatomists are going to go in and take a deeper look at this.

解剖学者たちがここから更に解析を行います

So again this is what they can see under the microscope.

これは顕微鏡の画像です

You can see collections and configurations

脳内に点在する大小様々な細胞からなる

of large and small cells

集合体や配置が

in clusters and various places.

確認できますね

And from there it's routine. They understand where to make these assignments.

ここから通常の方法で脳部位を特定していき

And they can make basically what's a reference atlas.

基準地図ができます

This is a more detailed map.

これはもっと詳細な脳地図です

Our scientists then use this

次に

to go back to another piece of that tissue

もうひとつの組織片を使い

and do what's called laser scanning microdissection.

レーザー光で組織の一部を切り取ります

So the technician takes the instructions.

ここでは技術者が切断する部位を

They scribe along a place there.

画面上でトレースし

And then the laser actually cuts.

レーザー光で切断していきます

You can see that blue dot there cutting. And that tissue falls off.

青い点が組織を切って 分離します

You can see on the microscope slide here,

スライドグラス上で

that's what's happening in real time.

切断をしている最中の画像です

There's a container underneath that's collecting that tissue.

下には切断後の組織の受け皿があります

We take that tissue,

切断された組織を取り出し

we purify the RNA out of it

ここから基本的な技術を利用して

using some basic technology,

RNAを精製します

and then we put a florescent tag on it.

そしてこれを蛍光標識します

We take that tagged material

標識されたサンプルを

and we put it on to something called a microarray.

マイクロアレイという機械で分析します

Now this may look like a bunch of dots to you,

ただの点の集合体に見えるかもしれませんが

but each one of these individual dots

それぞれの点が実は

is actually a unique piece of the human genome

ガラス上に固定された

that we spotted down on glass.

ヒトゲノムの特定の断片なんです

This has roughly 60,000 elements on it,

ここには約６万の要素がありますが

so we repeatedly measure various genes

ゲノム内の遺伝子を

of the 25,000 genes in the genome.

反復して測定しています

And when we take a sample and we hybridize it to it,

さて サンプルにハイブリッド形成すると

we get a unique fingerprint, if you will,

サンプル中で活性化している

quantitatively of what genes are turned on in that sample.

遺伝子の量を示す固有の「指紋」が得られます

Now we do this over and over again,

この一連の作業を

this process for any given brain.

１つの脳に何度も何度も繰り返します

We're taking over a thousand samples for each brain.

１つの脳から取るサンプル数は1000を上回ります

This area shown here is an area called the hippocampus.

ご覧頂いているのは学習と記憶をつかさどる

It's involved in learning and memory.

海馬という部位です

And it contributes to about 70 samples

1000のサンプルの内

of those thousand samples.

約70がこの部位から得られます

So each sample gets us about 50,000 data points

各サンプルから５万程のデータが得られるので

with repeat measurements, a thousand samples.

１つの脳から取るサンプルの数約1000個からは

So roughly, we have 50 million data points

大体の値としては脳ひとつにつき

for a given human brain.

データ数は5000万ということになります

We've done right now

現在までに２つの脳の

two human brains-worth of data.

データの解析が終わっています

We've put all of that together

こうして得られたデータを全て統合し

into one thing,

１つにまとめ上げました

and I'll show you what that synthesis looks like.

合わせたものがこちらです

It's basically a large data set of information

これは世界中の研究者に無償で公開されている

that's all freely available to any scientist around the world.

膨大な情報の集合体とでも言っておきましょう

They don't even have to log in to come use this tool,

このツールを使ってデータを探索して

mine this data, find interesting things out with this.

興味あることを発見するのにログインは不要です

So here's the modalities that we put together.

次にデータの統合方法をご紹介します

You'll start to recognize these things from what we've collected before.

こちらの画像は先ほどもお見せしましたね

Here's the MR. It provides the framework.

このMR画像が枠組みになります

There's an operator side on the right that allows you to turn,

右側にあるツールバーを利用して

it allows you to zoom in,

回転　倍率の変更

it allows you to highlight individual structures.