Bagaimana Ikan Telus Boleh Membantu Menurunkan Otak

Dalam ucapan televisyen dari East Room of the White House pada 2 April 2013, Presiden Obama melancarkan misi saintifik sebagai besar sebagai program Apollo. Matlamatnya bukanlah angkasa luar, tetapi perbatasannya sedikit demi sedikit sebagai otak manusia: otak manusia. Obama mencabar "penyelidik paling imajinatif dan berkesan" negara untuk memetakan secara real time flickerings semua 100 bilion sel saraf di dalam otak manusia yang hidup, pelayaran jauh ke dalam alam semesta saraf tidak pernah cuba dengan skala yang begitu halus. Pandangan panorama elektrik pulsa yang melintasi otak boleh membawa kepada pemahaman baru tentang bagaimana kita berfikir, ingat dan belajar, dan bagaimana penyakit dari autisme kepada Alzheimer mengembalikan litar mental kita. "Kami mempunyai peluang untuk memperbaiki kehidupan bukan sahaja berjuta-juta, " kata presiden itu, "tetapi berbilion-bilion orang di planet ini."

Dari Kisah Ini

Masa Depan Otak

Beli

Kandungan Terkait

• Gelombang Kejutan Boleh Membuat Bubbles Berbahaya di Otak
• Menghubungkan Pikiran Pelbagai Dapat Membantu Memperbaiki Otak Rusak

Bulan berikutnya, enam batu dari White House, seorang profesor Harvard bernama Florian Engert meraih sebuah mic dan, di hadapan ahli-ahli neurosains terkemuka negara, mengisytiharkan usaha Obama pada dasarnya sia-sia. "Kami mempunyai data itu sekarang, " kata Engert, yang di dalam bilik penuh dengan blazer profesor dan kardigan, memakai kemeja otot yang memberikan pandangan yang cukup terhadap bisepnya yang menonjol. "Kami mendapati mereka sebenarnya bukan semua yang berguna." ("Saya fikir pengambilan utuh otak hanya sekumpulan lembu ----, " adalah bagaimana dia meletakkannya kepada saya kemudian.) Kepada penyelidik lain, dia mesti telah berbunyi seperti pengkhianat.

Engert, yang berusia 48 tahun, pada dasarnya merupakan orang pertama di planet ini untuk melihat otak di dinding ke dinding dengan cara yang dibayangkan Obama. Beliau dan rakan-rakannya melakukannya dengan eksperimen sci-fi yang layak yang mencatatkan setiap aktiviti otak dalam zebrafish bayi yang transparan, satu prestasi penting yang diterbitkan hanya setahun yang lalu dalam Alam jurnal sains marquee. Bagi Engert untuk mencadangkan bahawa pencarian otak presiden adalah tempat seperti John Glenn kembali dari orbit dan memberitahu JFK untuk tidak mengganggu pendaratan lunar.

"Dia harus menjadi seorang advokat, " kata Miyoung Chun, seorang ahli genetik dan eksekutif molekuler di Yayasan Kavli, seorang penyokong utama penyelidikan neurosains. "Ramai pakar neurologi lain merayakan apa yang dapat dicapainya, tetapi dia sendiri menutupnya."

Tetapi Engert cuba untuk membuat satu titik: Rakaman seluruh otak, menurut pandangannya, tidak semestinya jalan terbaik untuk penemuan baru mengenai tiga pon daging antara telinga kita. "Anda boleh mencari corak, urutan, kluster, korelasi dan kawasan blips. Dan kemudian apa? "Katanya kepada saya. Ia banyak data tanpa banyak pemahaman.

The White House-dan banyak saintis-telah menyematkan terlalu banyak harapan, kata Engert, dengan terlalu sempit idea bagaimana untuk memahami otak. Yang dipertaruhkan dalam kritikannya adalah soalan bukan hanya tentang kaedah, tetapi matlamat utama neurosains. Berapa banyak yang kita jangkakan untuk memahami dalam hidup kita tentang fenomena seperti ingatan, tidur dan kesedaran? Apakah panggilan panggilan lapangan harus? Sekiranya ia menjadi penawar untuk penyakit, atau juga pertanyaan lain yang sepatutnya?

Engert menyukai kontroversi, terutamanya apabila dia berada di tengah-tengahnya. Ini permainan yang berbahaya untuk akademik, tetapi sainsnya menyelamatkannya. Sepanjang bulan September, pentadbiran Obama memberi dia salah satu geran terbesar misi otak yang baru, mengurapi dia pemimpin usaha yang sangat tidak dapat dihentikannya.

**********

Beribu-ribu jika tidak berjuta-juta sel-sel otak perlu bercakap dengan satu sama lain untuk seseorang melakukan bahkan tugas paling asas, seperti mengangkat segelas air. Sel-sel menukarkan mesej dalam bentuk pulsa elektrik, yang berlomba pada kecepatan milisaat di sepanjang rangkaian serat yang merangkumi setiap kawasan otak. Pada hampir setiap saat, iaitu, otak Beijing berada di telefon ke Helsinki, dengan La Paz dan Kampala ditampal pada persidangan. Aktiviti litar ini difikirkan untuk mendasari beberapa misteri terbesar otak: bagaimana kita menyimpan dan mengingat kenangan; bagaimana kita merasakan emosi; bagaimana neuron mengodkan data dari deria kita dan bagaimana mereka menggunakan data tersebut untuk mengendalikan tingkah laku; bagaimana litar ini berubah pada orang yang mempunyai penyakit psikiatri dan neurologi.

Sehingga baru-baru ini, saintis boleh merakam dari hanya beberapa ratus neuron pada satu masa, walaupun dalam haiwan makmal. Mereka melakukannya dengan menenggelamkan elektrod ke dalam setiap sel tersebut. Tetapi lebih banyak sel yang anda cuba untuk menjejaki sekaligus, semakin besar risiko anda membunuh haiwan atau kekurangan elektronik anda. Pasti, mesin MRI berfungsi imej seluruh otak, tetapi mereka mengesan paras oksigen darah, bukan aktiviti elektrik, dan resolusinya terlalu kasar untuk kajian litar di peringkat selular. Inilah sebabnya mengapa kertas Alam Alam Engert pada zebrafish bayi saiz bulu mata mendarat dengan ikan paus percikan. Pasukannya telah menemui satu cara untuk merekodkan otak seluruh haiwan dengan sapuan fMRI dan sel elektrod secara sel sel sel.

Zebrafish adalah kerabat air tawar yang berasal dari sungai yang mengalir melalui sawah di sepanjang Gangga, India dan Bangladesh. Di Barat, ikan bergaris biru dan emas lebih dikenali sebagai spesis akuarium starter asas anda. Pada tahun 1970-an, para saintis menyaksikan makhluk-makhluk yang tidak mencolok ini menghasilkan makmal makmal besar berikutnya. Zebrafish membiak cepat, kosnya sedikit dan mempunyai gen yang mudah dimanipulasi. Dan untuk beberapa hari pertama kehidupan mereka, zebrafish, otak untuk ekor, adalah melihat-melalui. Untuk membaca minda zebrafish bayi, para saintis kemudian menyedari, semua yang anda perlu lakukan adalah melihat.

Selepas bertahun-tahun percubaan dan kesilapan, Engert dan ahli-ahli makmalnya melepaskan eksperimen liar. Berikan kod yang bernama "Ikan dalam Matrix", selepas trilogi filem sci-fi mengenai orang yang menganggap mereka memimpin kehidupan biasa tetapi sebenarnya dimeteraikan dalam buah, otak mereka menghidupkan mesin virtual-realiti. Percubaan mengambil matlamat asas: Apa yang berlaku di otak zebrafish bayi ketika mereka belajar?

Pada mulanya, tidak jelas siapa yang boleh mengajar apa-apa zebrafish bayi. Engert dan rakan-rakannya cuba bertahun-tahun untuk mencetuskan perubahan tingkah laku yang lama dengan memberikan kejutan ringan ikan atau memberi mereka minuman keras atau kokain, semuanya tidak berhasil. Tetapi, oleh naluri, zebrafish berenang melawan arus, refleks yang membuat mereka tidak dibasuh menjadi padi beras atau, lebih buruk, ke laut. Bagaimana jika saintis boleh membuat ikan berfikir bahawa refleks berwayar keras ini tidak berfungsi dengan betul? Adakah ikan belajar untuk menyesuaikan diri?

Para penyelidik memperoleh garis zebrafish genetik kejuruteraan yang neuron berkedip hijau apabila mereka api; sel-sel menghasilkan pewarna fluoresen yang bersinar lebih terang di hadapan ion-ion kalsium, yang mengalir apabila sel menembak. Ikan itu tidak bergerak, jadi kilauan hijau tidak akan kabur di bawah mikroskop, dan masih mempunyai ilusi kebebasan.

Engert dan dua postdocsnya, Misha Ahrens dan Ruben Portugues, melumpuhkan ikan dengan toksin ular-racun dan menggantungnya di dalam air dalam hidangan petri yang jelas. Untuk meniru pengalaman visual berenang di aliran, mereka menetapkan skrin unjuran di bawah petri dish dan memaparkan satu set bar bergerak. Daripada elektrod yang ditentaskan kepada saraf pada ekor ikan, para penyelidik merasakan otak memberitahu ekor untuk melakukannya, walaupun ekornya sendiri tidak dapat bergerak. Komputer melambatkan bar ketika ikan meletup-atau mengira ia menyentuh ekornya, jadi ia akan mendapat isyarat visual yang berjaya memegang tempatnya di dalam air yang bergerak.

Kemudian datang mencuci otak. Apabila ikan "berenang, " penyelidik memperlambat terlalu banyak bar atau membalikkan perjalanan mereka, dengan matlamat menjadikan haiwan itu berfikir ekornya telah menjadi sangat kuat. Atau mereka membuat bar terlalu lambat, memancing ikan ke dalam memikirkan ekornya tidak normal. Dalam setiap kes, ikan dikompensasi, sama ada mengurangkan bunyi ekor atau meningkatkannya: apa sahaja yang diperlukan untuk terus dimasukkan ke dalam aliran maya. Bukan sahaja zebrafish selepas zebrafish menyusun semula ekor ekor mereka, mereka kemudian ingat untuk berbuat demikian: Mereka belajar. Apabila para saintis memberi ikan itu rehat sepuluh saat dan kemudian memulangkan kelajuan bar ke penetapan yang realistis, ikan pada mulanya menyerang ekor mereka seolah-olah mereka masih terlalu kuat atau terlalu lemah.

(Samuel Velasco / 5W Infographics) (Samuel Velasco / 5W Infographics) Otak zebrafish semasa berenang (Florian Engert) Otak zebrafish semasa rangsangan visual sahaja (Florian Engert) Zebrafish telah popular di kalangan ahli biologi perkembangan sejak tahun 1970-an. Ikan ini meletakkan 100 hingga 200 telur setiap minggu, yang tumbuh menjadi larva satu-lima puluh saiz yang ditunjukkan di sini. (Adam Parslow / Makmal Heath, Walter dan Institut Penyelidikan Perubatan Eliza Hall)

Video mengenai 100, 000 neuron ikan, difilter melalui mikroskop berkuasa tinggi, menunjukkan bidang berkilauan hijau, berkedut di kawasan yang berkaitan dengan visi, pergerakan dan pembelajaran. Nota khusus adalah satu set sel-sel otak yang tidak mempunyai hubungan yang jelas dengan penglihatan atau pergerakan, dan ini hanya berlaku apabila ikan menyedari ekornya lebih lemah atau lebih kuat dari yang diharapkan. Terangkan teori bahawa sel-sel ini memainkan peranan dalam "kejutan" atau "pengesanan ralat."

Kertas pasukan mencatatkan beberapa penemuan, tetapi ia merupakan teknik rekaman seluruh dunia yang menarik perhatian. Tidak pernah sebelum ini ahli-ahli sains menggambarkan aktiviti dalam semua neuron binatang yang hidup. "Teknologi ada di sana untuk melakukan percubaan itu, tetapi tidak ada seorangpun, " Joseph Fetcho, seorang profesor Cornell yang membuat banyak kemajuan seminalis dalam neurosains zebrafish, memberitahu saya. "Hanya Florian cukup gila. Ini semacamnya, pendekatan 'Pergi besar atau pulang ke rumah'. "

**********

Apabila saya muncul di makmal Engert di tingkat dua bangunan BioLab Harvard, dia menyambut saya dan berkata, "Saya akan menunjukkan kepada anda sesuatu yang benar-benar lucu." Dia membawa saya keluar dari bangunan dan turun jalan asfalt ke sisi pintu Sekolah Harvard Divinity. Kad berlapis di bingkai pintu berkata, "Tidak ada Merokok Dalam 25 Kaki Pintu Masuk." Tetapi di pintu itu sendiri adalah satu lagi tanda: "Bukan Pintu Masuk."

Dia memerhatikan wajah saya untuk memastikan saya mendaftarkan bagaimana tanda kedua dapat dibaca dengan semestinya untuk menafikan yang pertama. Kemudian dia meletupkan ketawa yang keterlaluan. Ketika saya bertanya apakah saya boleh mengambil foto, dia dengan penuh persetujuan, memastikan kedua-dua tanda itu masih kelihatan. Kemudian dia menyalakan sebatang rokok Roh Amerika, meniup asap di atap Dewan Ketuhanan, dan memancarkan kamera senyuman nakal lelaki itu.

Engert menggubal untuk saya, dalam miniatur, salah satu daripada orang awam kegemarannya: rake dalam komedi sopan santun, pelukis yang tingkah laku buruk itu akhirnya tidak berbahaya yang hanya penuduhnya kelihatan bodoh pada akhirnya. Kisah-kisah yang dia suka bercerita mengenai dirinya semua melibatkan pelarian sempit dari satu jenis atau yang lain dari fussbudget atau prude. Harvard, dengan reputasi sucinya, ego besar dan imperatif fesyen tweedy, menawarkan dia kerajang yang sangat berkesan. Ketika rakan-rakan mengeluh tentang skatingnya melalui bangunan BioLabs, kakitangan penyelenggaraan memasang "No Rollerblading" tanda-tanda. Mereka turun selepas dia membuat tempoh.

Saya melihat cambuk kulit yang dikendalikan kayu di belakang meja di Engert pada suatu petang, dan ketika saya bertanya apa yang dilakukannya di sana, dia meraihnya, muncul di kakinya dan mengeluarkan retakan telinga yang melancarkan sepasang pelajar siswa yang terkejut dari tempat duduk mereka. "Anda melihat bagaimana mereka bertindak, bagaimana mereka tiba-tiba bekerja lebih cepat?" Dia bercanda. Sebenarnya, seseorang memberikannya ironinya. Engert dikenali dengan tali leher yang sangat panjang, dia memberikan ahli-ahli lab. Ilmu sains yang paling inventif, dia rasa, datang dalam persekitaran di mana pemikir bebas yang bijak telah bebas mengejar untuk mengejar idea-idea mereka yang paling aneh, walaupun mereka gagal.

Adam Kampff, major astrofizik sarjana muda, sedang menimbang perubahan kepada neurosains untuk PhD pada tahun 2002 apabila Engert memberinya kad kredit Harvard dan memberitahunya untuk membina makmal mikroskop dua-foton, alat laser dan cermin yang memerlukan pemasangan magnum kecekapan teknikal. Mikroskop, yang menyalakan dua denyutan cahaya inframerah pada satu titik, dihargai untuk imej yang bersih yang mereka ambil dari sel-sel pencahayaan pendarfluor, seperti yang memancarkan hijau dalam zebrafish yang diubah suai secara genetik.

Engert kemudian menjebak ke Berkeley, di mana dia baru saja selesai persahabatan pasca doktoral, sehingga dia dapat menaiki sepeda motor Honda Shadow cruiser ke Cambridge.

"Ketika dia pergi, saya rasa saya menghabiskan kira-kira $ 300, 000, " kata Kampff kepada saya. "Melihat ke belakang, anda pergi, Tunggu, itu gila, " kata Kampff, yang tinggal di PhD dan postdoc dengan Engert dan kini merupakan pengarah makmal di Sainsbury Wellcome Centre, sebuah institut penyelidikan neurosains di University College London. "Tetapi ia adalah perkara terbaik yang pernah berlaku kepada saya."

Untuk ceramah awam tahun 2009 yang Engert diserahkan sebagai sebahagian daripada tawaran tenure beliau, rakan sekerja menasihatinya untuk melangkau baju otot dan berpakaian. Engert didalam lederhosen. Apabila dia mengambil bahagian dalam seluar pendek kulit dan kaus kaki lutut, dia meyakinkan dewan kuliah yang bertentangan dengan penampilan, dia telah mengambil nasihat rakannya untuk hati. "Ini adalah pakaian resmi puak-puak Bavaria, " kata Engert, ketika bilik itu dibanjiri dengan ketawa, "dan ini merupakan tanda penghormatan tertinggi bagi setiap penonton."

**********

Florian pernah menjadi homebody yang membakar buku komik, kata kakaknya, Katharina. Kedua-duanya dibesarkan di daerah Schwabing, Munich, sebuah kawasan kumuh Bohemia yang diilhamkan oleh pelajar-pelajar dari universiti-universiti berdekatan. Ayah mereka adalah tukang roti yang mengasaskan rantai ais krim tempatan, dan ibunya menjual salun rambut keluarga mereka untuk membesarkan anak-anak. Untuk mantra mereka semua hidup di atas ais utama Engert Ice. Kanak-kanak sentiasa datang, tapi "anda tidak tahu sama ada mereka kawan anda kerana es krim atau kerana mereka menyukai anda, " kata Katharina, kini seorang doktor penjagaan utama di Munich.

Apabila Engert berada di sekolah menengah, bapanya, cemas tentang gred bahasa Inggeris, menghantarnya ke London selama setahun belajar bahasa. Engert datang ke rumah dan diperkayakan sendiri. Dia tidak lama lagi mendapati dirinya dalam kumpulan orang-orang nihilisme perang dingin yang percaya pada masa ini kerana bencana nuklear adalah tepat untuk menghilangkan umat manusia sebelum mana-mana mereka mencapai 30 tahun.

Soalan-soalan besar tentang asal-usul alam semesta yang disegani oleh Engert, dan fizik seolah-olah mempunyai jawapan. Menjelang tahun kanannya di Munich, Universiti Ludwig Maximilians, bagaimanapun, dua zarah-zarah asas dan astrofizik-telah merasakan "terlalu terpisah dari kehidupan seharian, " katanya kepada saya. Jiran depan keluarganya adalah penyelidik otak, dan dia memberitahu Engert bahawa ahli saraf diperlukan ahli fizik, bahawa masa depan lapangan bergantung pada penemuan alat-alat baru untuk melihat ke otak.

Sebagai seorang pelajar siswazah dan penyelidik postdoctoral di Institut Max Planck Neurobiologi di luar Munich dan di University of California, Engert membina gear untuk penemuan penting ke dalam bagaimana neuron dalam tikus dan tadpoles berubah sebagai tindak balas kepada perubahan rangsangan visual dan elektrik yang dianggap penting untuk belajar dan ingatan. Dia menghabiskan dua tahun merancang sebuah mikroskop dua-foton khusus yang lasernya, jika gagal, boleh memulihkan retina. Dalam isyarat tipikal, Engert duct meretikan gogal keselamatan makmal ke dinding dan mencatat satu tanda di atas mereka yang berkata, "Hanya untuk Wimps."

Hadiahnya untuk perniagaan dan keseronokan yang juggling telah memudaratkan bahagiannya dalam ulasan intramural. Pada tahun 2002, Mu-ming Poo, di mana makmal Engert bekerja sebagai postdoc, menulis surat kepada ahli makmal untuk memalukan. "Mungkin ada beberapa orang yang bernasib baik yang bernasib baik seperti Florian, yang ... dapat menikmati kehidupan seketika dan masih mendapat tawaran pekerjaan dari Harvard, " tulis Poo. "Tidak ada orang lain dalam makmal yang mempunyai kemewahan Florian untuk bermain-main."

**********

The White House melancarkan misi neurosainsnya, yang dikenali sebagai Inisiatif BRAIN (untuk Penyelidikan Otak melalui Memajukan Neuroteknologi Inovatif), dengan permintaan $ 100 juta kepada Kongres. Institut Kesihatan Nasional memberi $ 46 juta pada BRAIN geran musim gugur lepas, dan agensi-agensi yang berbeza dengan Yayasan Sains Nasional, Agensi Projek Penyelidikan Advanced Pertahanan dan Pentadbiran Makanan dan Ubat adalah penyelidikan yang disokong sejajar dengan matlamat inisiatif. Di sektor swasta, syarikat seperti Google, GE dan GlaxoSmithKline telah menumpukan lebih daripada $ 30 juta kepada misi itu.

Para saintis yang terlibat dengan usaha membayangkan pendekatan pendakian, bekerja dari cacing buluh (300 neuron), zebrafish bayi dan lalat buah (100, 000 setiap satu) kepada tikus (75 juta) dan monyet (6 bilion untuk makam) sebelum menyeru Himalaya manusia otak (hampir 100 bilion). Dalam beberapa cara, inisiatif kini meneruskan semua bidang tersebut secara serentak. Para saintis mempelajari bahagian-bahagian otak manusia sambil mengambil pendekatan yang lebih holistik di haiwan makmal. Dan mereka bereksperimen dengan pelbagai alat-laser, probe ultrathin, tag kimia, ultrasound berteknologi tinggi, molekul diaktifkan cahaya, fMRI generasi akan datang dan pengimbas PET-dalam harapan merakam pada resolusi tinggi dari dalam otak yang tidak ada dalamnya.

Chun, yang membantu meyakinkan White House untuk melancarkan Inisiatif BRAIN, telah menyamakan kerja zebrafish ke lif ekspres. "Kami masih berada di tingkat pertama, cuba menuju ke tingkat dua, " katanya. "Kemudian dari mana, kami pergi ke tingkat kesepuluh."

Tidak sampai kertas Engert dan satu lagi, tahun depan, dari Misha Ahrens, yang membuat pemikiran minda zebrafish lebih laju - "Kami fikir, OK, inisiatif ini mungkin, " kata Chun. "Lompat iman yang mereka buat amat besar."

Kira-kira 80 peratus daripada gen yang dikaitkan dengan penyakit manusia mempunyai rakan sebaya di zebrafish. (Dr. Dominik Paquet / The Rockefeller University) Dalam pendahuluan pemetaan otak terkini, para penyelidik di Institut Perubatan Howard Hughes secara kekal menandakan neuron menembak (magenta) dalam zebrafish berenang bebas. (Eric Schreiter, Kampus Penyelidikan HHMI / Janelia) Pandangan otak zebrafish ini, dari sebuah pasukan di University College London, menunjukkan kawasan di mana neuron bertemu (magenta) dan bundle axons (hijau). (Tom Hawkins & Kate Turner di Makmal Wilson di UCL sebagai sebahagian daripada Zebrafishbrain.org)

Dia mengharapkan ganjaran untuk kesihatan manusia, untuk keadaan seperti epilepsi, boleh datang dalam masa lima tahun sahaja. Rawatan untuk penyakit yang kurang difahami - dari Parkinson dan Alzheimer ke autisme, skizofrenia dan gangguan tekanan selepas trauma - semakin jauh, tetapi tidak dapat dijangkau. Dengan membandingkan otak orang yang sihat, sel sel, dengan mereka yang mengalami gangguan saraf, para saintis boleh mengasingkan litar yang mengalami penyakit prefigures. Penemuan ini boleh merangsang perkembangan ubat dan terapi baru. Zebrafish, yang merupakan vertebrata dan dengan demikian mempunyai otak yang serupa dengan kita sendiri, sudah memimpin jalannya. Mereka digunakan untuk menguji dadah dan mengkaji neurobiologi kecemasan, tidur dan penyalahgunaan alkohol.

Engert, bagaimanapun, gembira untuk meninggalkan usaha itu kepada saintis lain. Dia mengatakan dia tidak pernah beralih kepada aktiviti imej di dalam setiap sel otak. Ia hanya menambah kepada "percubaan" Matriks "- untuk mengelirukan perdebatan tentang sama ada rakaman sedemikian mungkin. Dia didorong oleh soalan tanpa permohonan yang jelas: Bagaimana zebrafish bertindak balas terhadap jenis rangsangan tertentu? Litar saraf mana yang membakar apabila ikan berenang, memburu atau melarikan diri dari pemangsa? Apakah eksperimen yang menawarkan pandangan terbaik dalam pembelajaran zebrafish?

Dia mahukan orang awam dan ahli politik untuk menghargai neurosains kerana alasan yang sama mereka melakukan Teleskop Angkasa Hubble, Collier Large Hadron atau rover Mars. Tidak ada sesiapa yang menyentuh kehidupan sehari-hari secara langsung, tetapi mereka dibiayai kerana ada keindahan dalam membongkar misteri alam semesta. Dia percaya usaha itu akan ditukar jika Inisiatif BRAIN terlebih jual. "Masalahnya, " katanya, adalah bahawa jika kita tidak menyelesaikan Alzheimer dan Parkinson, ia akan kelihatan seperti kita gagal dalam tugas yang dilantik dan orang akan mengambil wang itu dan berkata, 'Baik cuba, tiada cerut.' "

Mengenai soalan falsafah yang ditimbulkan oleh karya ini-sama ada mengkaji otak akan mengajar kita apa-apa mengenai sifat kesadaran manusia, atau idea jiwa; sama ada sains akan mengurangkan masa kemanusiaan kita kepada kalkulus sejuk kod algoritma-dia agnostik.

Kami bertemu satu malam di rumah ungu terang di mana dia tinggal bersama Polina Kehayova, seorang penyelidik dadah yang menyoroti sebagai soprano Boston Symphony, dan anak perempuannya yang berusia 6 tahun. Lebih lentil rebus, Engert teringat sesuatu ahli linguistik MIT Noam Chomsky pernah berkata: "Jika kita tidak dapat menjelaskan mengapa kecoa memutuskan untuk berpaling ke kiri, bagaimanakah kita dapat menjelaskan mengapa manusia memutuskan melakukan sesuatu?"

"Walaupun serangga paling rendah adalah alat yang disesuaikan dengan prestasi yang lebih rumit dan menarik daripada mana-mana komputer, " katanya kepada saya. "Maksud saya, tidakkah anda ingin mengetahui bagaimana otaknya berfungsi?"

Selepas beberapa hari dengan Engert, saya membuat beberapa langkah menuju ke otaknya. Matlamatnya, ternyata, tidak seperti canggung yang sesuai untuk Inisiatif BRAIN kerana dia kadang-kadang berpura-pura, walaupun motivasinya berbeza. Gambar-gambar hidup setiap neuron berkelip otak boleh memegang kuasa yang luar biasa, katanya, jika para saintis juga melihat wayar: serat nipis sepanjang neuron menghantar isyarat. Kemudian anda akan tahu sama ada neuron tertentu bercakap antara satu sama lain-dan mungkin juga apa yang mereka katakan.

Di kampus pada suatu petang, salah seorang pelajar graduan Engert, Mariela Petkova, berjalan saya melintasi halaman ke makmal Jeff Lichtman, seorang profesor biologi molekul dan selular. Di dalam bilik tanpa jendela, seluruh otak zebrafish telah ditekuk dengan resin dan dipotong oleh pisau berlian ke dalam 30.000 kepingan super tipis. Pengimbasan mikroskop elektron adalah pengimejan setiap irisan, dan lapan mahasiswa dan beberapa sukarelawan-termasuk ibu Petkova, melalui Internet dari Bulgaria-mengesan "wayar" saraf dengan tangan dari kepingan ke kepingan. Seorang profesor lain, Constance Cepko, akan melakukan pengesanan tambahan dengan melihat bagaimana virus fluoresen tersebar melalui otak. Sebaik sahaja rajah pendawaian selesai, Engert akan meletakkan peta neuronnya yang berkelip di atasnya. Haim Sompolinsky, ahli teoretis, kemudian akan menganalisis aliran trafik saraf di seluruh wayar, mencari prinsip-prinsip yang mengaitkan corak-corak trafik ke tingkah laku ikan spesifik.

Apabila kerja Engert selesai, yang mana ia berkata boleh mengambil masa 20 tahun, dia tidak akan mempunyai apa-apa lagi-atau kurang-mulia daripada "ikan maya": perisian yang menyerupai cara lengkap otak zebrafish. Para saintis boleh menyambung sebarang campuran suhu sensori-air, pola cahaya, jalan mangsa atau predator terdekat-dan algoritma perisian itu akan menunjukkan bukan hanya bagaimana ikan sebenarnya akan bertindak balas, tetapi apa yang terjadi di otaknya, milisaat oleh milisaat dan sel oleh sel, sebelum ia berbuat demikian.

Dia akan tahu, pada dasarnya, kenapa zebrafish bertukar kiri.

**********

Pagi hari Jumaat membawa satu-satunya struktur untuk makmal Engert: mesyuarat semua tangan mingguan, di mana 20 pelajar dan graduan bertulis satu sama lain dalam penyelidikan mereka. Pada hari Jumaat pada pertengahan Disember ketika saya berada di sekitar, Engert masuk ke dalam skate, memakai kemeja-T dengan imej Snoopy yang melengkung bicep dan kata-kata "Selamat Datang di Show Gun."

Profesor mengambil tempat duduk di kepala meja dan bangkit dan turun di atas kerusi pneumatik, seperti kanak-kanak bermain di meja ibu bapa. "Wow, " katanya. "Saya rasa saya bertanggungjawab."

Tetapi seketika, dia melepaskan kerusi dan masuk ke sudut bilik, di mana dia menganggap peranan yang kurang kerap dilihat di khalayak ramai: bahawa sorak sorak yang tenang dan pesakit untuk para penyelidiknya, penjelajahan luar jejak yang dia melengkapi dengan gear dan kemudian kirimkan panggilan apabila Anda dapat! -Memiliki bintang medan minda.

Lelaki muda dan wanita bergilir-gilir mengklik melalui slaid kerja zebrafish terbaru mereka: Berikut adalah neuron yang kilat apabila ikan mendapat kejutan ringan. Di sini, isyarat visual otak mereka di rumah untuk menganggarkan gerakan. Di sini, kamera berkelajuan tinggi pada mesin pengilangan terbalik, alat baru yang tidak lama lagi boleh membiarkan anggota lab mengesan aktiviti otak dalam ikan berenang percuma.

Engert menimbulkan beberapa soalan yang lembut, tetapi kebanyakannya ada galakan: "Menakjubkan!" "Sangat bagus-binatang itu beraksi!" "Lihat itu! Persepsi, kognisi dan kesedaran di sini. Jiwa ikan! "

Seorang pelajar kelas menegaskan bahawa gelang dalam talian di setiap kaki Engert adalah warna dan warna yang berbeza. Engert mengupas kasut untuk mendedahkan kaus kaki kelabu pada satu kaki, hitam pada yang lain. Kemudian dia melepaskan kaus kakinya. Di kaki kirinya, kaki kuku besar dicat merah, dan yang lain berwarna ungu. Di kaki kanannya, kuku besar berwarna ungu, dan yang lainnya merah. Apabila anak perempuannya meletihkan jari ibunya dalam percubaan kuku baru-baru ini, bapanya telah menawarkannya.